Электронный термометр на микроконтроллере. Электронный термометр с выносным датчиком DS18B20 на микроконтроллере Attiny2313

Здравствуйте уважаемые посетители. Приходят пожелания от вас об увеличении диапазона регулировки температуры и ее индикации, представленных на сайте термометров-термостатов.

Схема нового термостата представлена на рисунке 1.

В принципе она почти ничем не отличается от своих . Вообще это огромный плюс схем с применением микроконтроллеров.
Основа схемы — микроконтроллер PIC16F628A. В качестве датчика применен один из известных и популярных цифровых датчиков температуры DS18B20. Показания реальной температуры, величина устанавливаемой температуры стабилизации и необходимого гистерезиса выводится на семисегментный светодиодный трехразрядный индикатор с общим анодом. Резисторы R1…R4, это подтягивающие резисторы. R1 подтягивает шину передачи данных с датчика температуры DS18B20 к шине питания схемы плюс пять вольт. R2…R4 подтягивают соответствующие выводы микроконтроллера к шине плюс пять вольт.

Резисторы с пятого по двенадцатый, являются гасящими резисторами, или ограничивающими применительно к току, протекающему через светодиоды. Изменяя номинал этих резисторов, можно регулировать яркость свечения сегментов индикатора. Иногда встречаются индикаторы с разной яркость свечения отдельных сегментов, этот дефект так же можно устранить при помощи этих резисторов. Для установки температуры термостатирования применены две кнопки с соответствующими знаками «+» и «-», это кнопки SB2 и SB3. Этими же кнопками устанавливается необходимый вам гистерезис, от 0,1 ˚С до 0,9˚С при нажатой кнопке SB1 — «Гистерезис». Сигнал управления коммутирующим ключом снимается с вывода 17 микросхемы DD1. Схему ключа я не стал рисовать, выберите сами, например, из статьи « »

Обращаю ваше внимание, что в железе я устройство не проверял, все было промоделировано в Протеусе.

Соответственно печатную плату не рисовал, но если у вас появится желание повторить данный термостат, рисунок можете выслать мне на адрес — [email protected] Начинающим «радиогубителям» (шутка), это очень пригодится. Я не в курсе затей тех посетителей, которые просили об усовершенствовании термостата, но возможно это были химики, для которых важна точность температуры растворов. Я, думаю, и вы найдете применение этому устройству. Не плохо бы было, если бы и вы прокомментировали, где можно применить его. Успехов. К.В.Ю.

Доброго времени суток уважаемые читатели. Как видно из названия статьи, речь в ней пойдет о термометре собранном на PIC. Итак. Почему и как всё начиналось?!
Понадобилась мне схема простейшего термометра для подвала гаража. Начал искать подходящую схему в Интернете. Важным критерием было применение минимального количества элементов в схеме. Сразу скажу, что таких схем термометров в сети навалом. Но! Чаще всего они выполнены на AVR с которыми я к глубокому своему сожалению не дружу. Поэтому стал искать схему на PIC. Но и тут меня ожидало разочарование. Схемы термометров на PIC есть. Но там применяют, то транзисторы для индикаторов, то внешний кварц, либо еще что то, что усложняло схему и было неприемлемо в моем случае. Наконец, после долгих поисков, подходящая мне схема была найдена тут:

http://www.labkit.ru/html/show_meter?id=38
И была успешно повторена неоднократно. Всё прекрасно работает. (на сайте автора этой схемы есть и прошивка и печатная плата для повторения данного термометра). Время шло. И в одно прекрасное время во первых выяснились недочеты данной схемы и еще мне понадобилось применить индикатор с Общим Катодом (на сайте автора прошивка была только под Общий Анод). Теперь о недочете схемы в первоисточнике. Изначально в схеме автора нет резистора подтяжки у датчика температуры. Тоесть резистор на 4,7К в схеме отсутствует. Да действительно при таком исполнении схемы термометр может работать, но только при условии, если датчик температуры впаян сразу в плату, либо длина провода на котором находится датчик не должен превышать длины провода метр, полтора метра. Не более. В противном случае индикатор начинает показывать какую- то ерунду, а не температуру.
Такой поворот событий меня совсем не обрадовал. Потому как длинна провода с датчиком мне была нудна не менее 10 метров.
Эта проблема решилась очень просто и быстро, именно установкой подтягивающего резистора 4,7К на датчике. После чего датчик стал работать стабильно при любой длине провода. Но как быть, если у меня есть индикаторы только с общим катодом! А прошивка сделана под анод… Вот тут мне и помог Станислав Дмитриев. За что ему огромнейшее спасибо. Он не только написал прошивку под общий анод. Но так же и под общий катод и под разные типы датчиков температуры (DS18S20 или DS18B20). Что позволило еще более унифицировать данную схему. И рекомендовать её к повторению. Также можно применить в схеме как четырех разрядные семисегментники так и трех разрядные семисегментники. Что является не большим, но все, же плюсом.
Теперь сама схема

Как вы видите, схема не отличается от той, что представлена, была на сайте http://www.labkit.ru
Так и было задумано изначально. Единственное изменение в схеме это установка дополнительного резистора. Схему я не стал перерисовывать с нуля. Просто добавил недостающий элемент схемы. По сути если Вы хотите еще более упростить схему и у вас есть стабильный источник питания 5В, то Вы можете исключить из схемы и линейный стабилизатор. И запитать МК сразу от 5В.
Теперь поговорим немного о том, как самому настроить прошивку под нужный вам индикатор или датчик. Тут всё просто.

Загрузив файл прошивки в программатор, Вы сами: исходя из того, что вам нужно и смотря на данный скриншот, прописываете нужные вам параметры в файл прошивки в разделе EPROM. После чего можете прошивать контролер.

В моём варианте печатной платы в плате предусмотрено место не только для линейного стабилизатора, но и для диодного моста (что позволит запитывать схему напряжением от 7,5В до 12В. А так же на плате предусмотрено место для установки клемника, который позволяет не впаивать датчик температуры в плату, а зажать его зажимами. Это удобно при смене датчика, либо при установке датчика на длинный провод. Позволяет быстро сменить провод.

Рисунок платы

Как Вы можете видеть термометр собран на двух платах. На одной устанавливается семисегментный индикатор (трех или четырех разрядный). На второй плате устанавливаются все остальные элементы схемы. Платы между собой соединяются, по средствам гребенки, либо как в моем случае проводами..
В конце фото моего готового термометра.

Настольные и настенные часы с термометрами выполнены в корпусах от стрелочных часов. Часы и термометр изготовлены как отдельные, самостоятельные устройства.

Термометр описывать не буду, он выложен на этом же сайте . Схема, печатная плата и прошивка там есть, все без изменений.

Датчик температуры DS18B20 настольных часов выведен за окно на улицу. Провода изолированные 0,35мм, длиной примерно 10 метров

Часы собраны на одинарных 7-ми сегментных светодиодных индикаторах зеленого цвета. Размер цифры 14х25,4мм – хорошо различимы с любого уголка комнаты. Обратите внимание, что индикатор подключен без гасящих резисторов. Это связано с тем, что каждый сегмент состоит из двух соединенных последовательно светодиодов и номинальное напряжение 3,8 вольта. При динамической индикации токи не превышают допустимые.

Стабилизатор напряжения находится в вилке - адаптере. Он собран на 3 ваттном трансформаторе и высокочастотном преобразователе – стабилизаторе LM2575T-5.0 по стандартной схеме. Микросхема без радиатора, практически не греется. Разъём для блока питания 3,5мм. Кварц 4 МГц.

Транзисторы n-p-n любые маломощные. Кнопки 6x6 H=14/10мм припаяны со стороны проводников. Длина толкателя кнопок выбирается исходя из требований конструкции. При каждом нажатии на кнопку добавляется единичка. При удержании – счет ускоряется до разумной скорости.

Резисторы МЛТ – 0,25. R3 – R6 1-3 кОм.

Аккумуляторы: 4 штуки из GP- 170, или подобные. При отключении сетевого напряжения они питают только микроконтроллер.

Диоды желательно подобрать с наименьшим падением напряжения в прямом направлении.
Платы изготовлены из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.
НЕХ файл, схема, печатки в папке №1.

Вариант 2: на одной плате

В этот корпус не помещались две платы: часов и термометра. Уменьшать размеры индикатора часов не хотелось.

Отображать время и температуру одним индикатором по очереди в настольных часах мне не нравится.
Пришлось взять для термометра другой индикатор меньшего размера и нарисовать новую печатную плату. Поэтому схема и прошивка для термометра другие.

НЕХ файл и схема термометра в папке № 2. Печатная плата там же.
Схема часов без всяких изменений взята из первого раздела.

Ниже вы можете скачать прошивки и печатные платы в формате HEX

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
	Вариант 1
	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	1		В блокнот
VR1	DC/DC импульсный конвертер	LM2575	1	5В	В блокнот
VT1-VT4	Биполярный транзистор	КТ3102	4		В блокнот
VD1, VD2, VD4	Диод	Д310	3		В блокнот
VD3	Диод Шоттки	1N5819	1		В блокнот
VS1	Диодный мост	DB157	1		В блокнот
С1, С2	Конденсатор	20 пФ	2		В блокнот
С3, С5	Конденсатор	0.1 мкФ	2		В блокнот
С4		330 мкФ 16 В	1		В блокнот
С6	Электролитический конденсатор	100 мкФ 35 В	1		В блокнот
R1, R2	Резистор	10 кОм	2		В блокнот
R3-R6	Резистор	1 кОм	4		В блокнот
R7, R10	Резистор	100 Ом	2		В блокнот
L1	Катушка индуктивности	330 мкГн	1		В блокнот
Tr1	Трансформатор		1		В блокнот
F1	Предохранитель	100 мА	1		В блокнот
	Батарея	4.8 В	1		В блокнот
HL1, HL2	Светодиод		2		В блокнот
S1, S2	Кнопка		2		В блокнот
Z1	Кварц	4 МГц	1		В блокнот
	Индикатор	FYS10012BG21	1		В блокнот
	Вариант 2
	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	1		В блокнот
VT1-VT4	Биполярный транзистор	КТ3102	1		В блокнот
С1, С2	Конденсатор	20 пФ	2		В блокнот
С3	Конденсатор	0.1 мкФ	1		В блокнот
R1	Резистор	4.7 кОм	1		В блокнот
R2, R3, R5, R6	Резистор

Часы на PIC16F628A и датчике температуры DS18B20.

4-х сегментный светодиодный индикатор.

Анимированная смена индикации.

Вариант простых часов на популярном и доступном микроконтроллере PIC16F628A. Фактически c них начинался проект на AVR .

Описание часов.

1. Функции.

– часы, формат отображения времени 24-х часовый, часы:минуты.

– цифровая коррекция точности. Возможна ежесуточная коррекция ±25 сек. Установленное значение в 1 час 0 минут 30 сек будет прибавлено/вычтено из текущего времени.

– термометр.

– индикация. Поочередная.

– настраиваемая анимация смены показаний.

– использование энергонезависимой памяти микроконтроллера для сохранения настроек при отключении питания.

– если в основном режиме нажать на кнопку PLUS , то на индикаторы выводится время, если нажать на MINUS – температура. При отпускании кнопок возобновляется автоматическая смена показаний.

2. Настройка.

2.1. При включении питания часы в основном режиме.

2.2. Нажатием на кнопку SET производится вход в режим настроек и выбора параметра для установки. По-очереди доступны для установки:

– минуты;

– часы;

– секунды (обнуляются при нажатии на кнопки PLUS или MINUS );

– величина коррекции. В старшем разряде символ " с ";

– время индикации текущего времени. В старших разрядах символы " tc ". Диапазон установки 0÷99 сек. Если установлен 0, то время отображаться не будет;

– время индикации температуры. В старших разрядах символы " tt ". Диапазон установки 0÷99 сек. Если установлен 0, то температура отображаться не будет;

– выбор эффекта анимации. В старших разрядах символы " EF ". Если установлен 0, смена информации будет проводиться без эффектов , если выбран автоматический режим (символ А ), то будет производиться поочередная смена эффектов. Если выбран режим r , то смена эффектов будет производиться случайным образом.

– выбор скорости анимации. В старшем разряде символ " P ". Диапазон установки 0÷99. Одна единица соответствует примерно 2 мсек, чем выше величина, тем медленнее идет анимация.

2.3. Устанавливаемый параметр мигает.

2.4. Удержанием кнопок PLUS / MINUS производится ускоренная установка параметра.

3. Примечания.

Необходимо соизмерять скорость анимации и время отображения информации. Если выбрана медленная анимация и малое время отображения, то может оказаться, что информация не успевает полностью обновиться до очередной смены.

При отключении основного питания (+12 V ) индикация отключается, часы продолжают идти. Питание МК осуществляется от резервного источника.

В архиве прошивки для индикаторов с общим катодом и анодом, проект в Proteus и описание.

Вопросы, пожелания в форум .

11.03.2015

Добавлена обновленная прошивка для индикатора с общим катодом. В новой прошивке больше эффектов анимации и небольшие изменения в алгоритме. Подробное описание в архиве.

Сразу хочется отметить, что печатная плата и конструкция были разработаны с расчетом на то, чтобы сделать компактное устройство, крепящееся на стене.

Управление устройством осуществляется с помощью одной кнопки. Программа для микроконтроллера написана на Си, снабжена комментариями, и пользователи могут модифицировать ее под свои конкретные задачи, или же расширить функционал. Для управления ЖК индикатором используется готовая библиотека Peter Fleury (архив для скачивания доступен в разделе загрузок). Дополнительно, данные могут отображаться в градусах Цельсия или Фаренгейта. Имеется несколько режимов управления подсветкой индикатора.

Также стоит отметить еще один важный момент: устройство может осуществлять беспроводную передачу данных по протоколу Bluetooth посредством специального модуля (опционально).

Принципиальная схема

С точки зрения схемотехники устройство несложное, и мы рассмотрим отдельно составляющие элементы.

Источник питания термометра выполнен на базе интегрального регулятора напряжения в стандартном включении (с соответствующими фильтрующими конденсаторами). Регулятор напряжения 3.3 В AMS1117 включен в состав схемы, но применяться может в случае использования Bluetooth модуля, т.к. зачастую питание таких модулей 3.3 В.

Индикатор используемый в устройстве - это стандартный двухстрочный индикатор на контроллере HD44780 . Транзистор предназначен для управления подсветкой индикатора логическими сигналами с микроконтроллера или же ШИМ сигналом с микроконтоллера. Резистор R3 ограничивает ток через базу транзистора, резистор R1 подтягивает базу к нулевому потенциалу.

Основа термометра - микроконтроллер , работающий на частоте 8 МГц и управляющий все окружающей периферией.

Датчик DHT-11 - это недорогой датчик температуры и относительной влажности, используемый в проекте в качестве уличного датчика. Он не отличается высоким быстродействием и точностью, однако находит свое применение в радиолюбительских проектах из-за своей невысокой стоимости. DHT-11 состоит из емкостного датчика влажности и термистора. Также, датчик содержит в себе простой АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры.

Основные характеристики:

низкая стоимость;
напряжение питания 3 В - 5 В;
предача данных по 1-Wire шине на расстояния до 20 м;
определение влажности 20-80% с 5% точностью;
максимальный потребляемый ток 2.5 мА;
определение температуры 0…50° с точностью 2%;
частота опроса не более 1 Гц (не более раза в 1 с);
размеры 15.5 × 12 × 5.5 мм;

Следует отметить, что в продаже можно найти датчик DHT-22, который имеет тот же интерфейс, но лучшие характеристики.

Датчик подключается к микроконтроллеру по шине 1-Wire (на схеме кннектор JP3) с использованием подтягивающего резистора по линии данных и блокирующего конденсатора по питанию.

В качестве внутреннего датчика используется широко распространенный аналоговый датчик температуры LM35 IC5, который подключается к каналу 1 АЦП микроконтроллера.

Коннектор J1 интерфейса внутрисхемного программирования микроконтроллера позволяет быстро сменить программный код или обновить ПО. Для подключения термометра по интерфейсу UART используется коннектор JP1. Кнопка управления SW1 подключена ко входу внешнего прерывания микроконтроллера, данный вход подтянут к питанию внутренним резистором порта.

Bluetooth модуль для беспроводной передачи данных, на схеме обозначен как IC3, GP-GC021 также подключается к интерфейсу UART микроконтроллера и позволяет передавать данные на ПК, мобильный телефон или web-сервер. На печатной плате предусмотрено место для установки модуля. В разделе загрузок имеется описание модуля, процесс взаимодействия и команды.

ЖК индикатор устанавливается на лицевую часть печатной платы в коннектор, скрываяя, таким образом, установленные на основной платее компоненты, и мы получаем компактное устройство. Место для установки Bluetooth модуля находится на тыльной стороне печатной платы (см. фото платы).

Внешний вид готовой печатной платы для термометра

Рисунок печатной платы в САПР Eagle

Плата с установленным Bluetooth модулем

Загрузки

Принципиальная схема и печатная плата (Eagle), ПО (исходный код, прошивка) -
Библиотека для работы с ЖК индикатором на контроллере HD44780 -
Техническое описание на Bluetooth модуль GP-GC021 -