Схема двухканальный термометр на микроконтроллере. Электронный термометр с беспроводным датчиком
На рисунке показана схема термометра выполненного на основе микроконтроллера PIC16F628A, в качестве датчика используется цифровой датчик температуры DS18B20. Индикатор термометра состоит из 4-х разрадного семисегментного индикатора. Диапазон измеряемой температуры от -55 до + 125 градусов Цельсия. Температура считывается каждые 15 секунд, время считывания можно изменить в коде.
Напряжение питания термометра 5В, ток потребления 90 мА. В схеме используются транзисторы BC337 или аналогичные. Ток потребления каждого сегмента индикатора 15 мА (динамическая индикация), который ограничен резисторами 220 Ом (индикатор с общим катодом).
Файл прошивки —
DS18B20 цифровой термометр с программируемым разрешением, от 9 до 12–bit, которое может сохраняться в EEPROM памяти прибора. DS18B20 обменивается данными по 1-Wire шине и при этом может быть как единственным устройством на линии так и работать в группе. Все процессы на шине управляются центральным микропроцессором.
Диапазон измерений от –55°C до +125°C и точностью 0.5°C в диапазоне от –10°C до +85°C. В дополнение, DS18B20 может питаться напряжением линии данных (“parasite power”), при отсутствии внешнего источника напряжения.
Каждый DS18B20 имеет уникальный 64-битный последовательный код, который позволяет, общаться с множеством датчиков DS18B20 установленных на одной шине. Такой принцип позволяет использовать один микропроцессор, чтобы контролировать множество датчиков DS18B20, распределенных по большому участку. Приложения, которые могут извлечь выгоду из этой особенности, включают системы контроля температуры в зданиях, и оборудовании или машинах, а так же контроль и управление температурными процессами.
- Похожие статьи
Войти с помощью:
Случайные статьи
- 10.10.2014
На рисунке показана схема предварительного усилителя с тембро-блоком, тембро-блок включен в цепь обратной связи предварительного усилителя. Напряжение питания уст-ва может варьироваться от 12 до 24В, потребляемый ток не более 10 мА. Входной сигнал поступает через разделительный конденсатор С1, резисторы R1 и R2 определяют напряжение смещения транзистора VT1, после предварительного усиления …
Решил я сделать двухканальный термометр, только не обычный, а с беспроводным датчиком для улицы. Идея конечно не новая, на рынке уже имеются подобные термометры промышленного производства. Так как у меня были наработки по подключению радиомодулей к микроконтроллеру, я начал разрабатывать свой вариант беспроводного термометра.
Для измерения температуры я использовал распространенные датчики DS18B20, для отображения показаний применил не менее популярный . Радиомодули и алгоритм передачи данных я рассматривал ранее в статье про
Ниже представлена схема беспроводного датчика на микроконтроллере PIC12F675.
После подачи питания микроконтроллер считывает значение температуры с датчика BK1 и отправляет эти данные на радиопередатчик A1, после чего происходит переход в спящий режим. Пробуждение микроконтроллера происходит по прерыванию, которое генерируется изменением уровня на линии GP0. К этой линии подключена RC цепочка на элементах R2 и C4, которая выполняют функцию таймера. При выходе из спящего режима на линии GP0 устанавливается низкий логический уровень, тем самым конденсатор C4 разряжается. Перед уходом в “сон” линия настраивается на вход, конденсатор начинает заряжаться через резистор R4, при достижении порогового напряжения (около 1,2В) происходит прерывание и пробуждение микроконтроллера. При указанных на схеме номиналах R2, C4 период пробуждения составляет примерно 5 минут. Установив перемычку JP1, можно сократить период до 5,5 секунд. Путем подбора конденсатора и резистора можно настраивать желаемое время периода, но при этом надо учитывать ток заряда конденсатора, в плане энергопотребления.
Значение температуры по радиоканалу передается в виде пакета из 3-х байт, последний байт представляет собой контрольную сумму первых 2-х байт. Алгоритм передачи данных, который я использую, в принципе позволяет обходиться без контрольной суммы, вероятность приема неправильных данных низкая. Скорость передачи составляет 3,3 Кбит/сек. Каждый раз после измерения температуры отсылается 3 пакета байтов, пауза между пакетами составляет 10 мс, такой вариант передачи я применил для увеличения надежности получения данных приемником. Это связано с тем, что приемная сторона прерывает прием сигнала на 4-5 мс, во время измерения температуры с внутреннего (домашнего) датчика.
В качестве питания используется батарея 6F22 на 9В (“Крона”), модуль радиопередатчика A1 питается напрямую от батареи. Для питания микроконтроллера используется микромощный стабилизатор напряжения DA1 (MCP1702) на 5В, собственный ток потребления стабилизатора составляет всего 1-2 мкА, максимальный ток нагрузки до 250 мА. Стабилизатор MCP1702 можно заменить на LP2950, ток потребления которого выше и составляет 75 мкА. Обычные стабилизаторы напряжения типа L78хх имеют большой ток потребления в несколько миллиампер, поэтому не годятся для аппаратуры с батарейным питанием. Ток потребления устройства в спящем режиме меняется с течением времени по мере заряда конденсатора С4, первые 2,5 минуты потребление составляет 10 мкА, последующие 2,5 минуты ток плавно увеличивается, до момента выхода из спящего режима. Данное явление возникает из-за наличия токов переключения входного буфера микроконтроллера.
Хочу отметить, что при низких температурах емкость батареек уменьшается быстрее, не все типы батареек можно использовать в таких условиях. Лучшими показателями при отрицательных температурах обладают литиевые батарейки, далее следуют Ni-Mh аккумуляторы, щелочные батарейки занимают третью позицию, солевые элементы не пригодны для таких условий.
Ниже представлена схема термометра на микроконтроллере PIC16F628A.
Дисплей HG1, датчик BK1 и микроконтроллер питаются напряжением 3,3В от стабилизатора DA2. Такое значение было выбрано в связи с характеристиками дисплея, максимальное напряжение питания которого составляет 3,3В, кроме этого отпадает необходимость в согласовании уровней напряжения между линиями ввода/вывода дисплея и микроконтроллера. Модуль приемника A1 питается от стабилизатора DA1, с выходным напряжением 5В. Резисторы R6, R7 установлены для согласования уровней напряжения.
Микроконтроллер DD1 считывает значение температуры с датчика BK1 каждые 2 секунды, параллельно принимает сигнал с приемника, при получении пакета байтов от передатчика вспыхивает светодиод HL1. В верхней части дисплея отображается надпись “Дом”, под которой выводится значение температуры с внутреннего (домашнего) датчика, ниже отображается надпись “Улица” и температура, полученная от беспроводного датчика. После приема данных по радиоканалу, микроконтроллер запускает таймер, который ведет отсчет времени для контроля получения данных. Если данные не были получены за период отсчета таймера, вместо показаний температуры, на дисплее высвечивается символы тире “- – – – -”. Время отсчета можно задать в пределах 1-15 минут с шагом в одну минуту. Для этого, перед программированием микроконтроллера, необходимо записать число от 1 до 15 в ячейку EEPROM с адресом 0x00. По умолчанию устанавливается период в 7 минут. При неисправности датчиков BK1, для обоих устройств, вместо значения соответствующей температуры, выводится надпись “ERROR”. Кнопка SB1 управляет подсветкой дисплея, по умолчанию подсветка включена. Кнопка SB2 предназначена для регулировки контрастности дисплея, так как у разных экземпляров она может отличаться.
Для питания устройства подойдет нестабилизированный источник питания с выходным напряжением 8-12В. Оба устройства размещены в пластиковых корпусах. Антенна для радиомодулей выполнена в виде отрезка одножильного провода длиной 17 см (четверть длины волны несущей частоты).
Термометр на микроконтроллере PIC16F628A и DS18B20(DS18S20) – статья с подробным описанием схемы запоминающего термометра и, вдобавок, - логическое продолжение ранее опубликованной мною статьи на яндекс сайте pichobbi.narod.ru. Этот термометр довольно неплохо себя зарекомендовал, и было принято решение немного его модернизировать. В этой статье расскажу, какие изменения внесены в схему и рабочую программу, опишу новые функции. Статья будет полезна новичкам. Позже переделал текущую версию термометра в .
Термометр на микроконтроллере PIC16F628A и DS18B20(DS18S20) умеет:
- измерять и отображать температуру в диапазоне:
-55...-10 и +100...+125 с точностью 1 градус(ds18b20 и ds18s20)
-в диапазоне -9,9...+99,9 с точностью 0,1 градус(ds18b20)
-в диапазоне -9,5...+99,5 с точностью 0,5 градус(ds18s20); - Автоматически определять датчик DS18B20 или DS18S20;
- Автоматически проверять датчик на аварию;
- Запоминать максимальную и минимальную измеренные температуры.
Также в термометре предусмотрена легкая замена 7 сегментного индикатора с ОК на индикатор с ОА. Организована щадящая процедура записи в EEPROM память микроконтроллера. Вольтметр, который неплохо себя зарекомендовал, описан в этой статье - .
Принципиальная схема цифрового термометра на микроконтроллере разрабатывалась для надежного и длительного использования. Все детали, применяющиеся в схеме, не дефицитные. Схема проста в повторении, отлично подойдет для начинающих.
Принципиальная схема термометра показана на рисунке 1
Рисунок 1 - Принципиальная схема термометра на PIC16F628A + ds18b20/ds18s20
Описывать всю принципиальную схему термометра не стану, так как она довольно проста, остановлюсь только на особенностях.
В качестве микроконтроллера применяется PIC16F628A фирмы Microchip. Это недорогой контроллер и к тому же не дефицитный.
Для измерения температуры используются цифровые датчики DS18B20 или DS18S20 фирмы Maxim. Эти датчики не дорогие, малые по размеру и информация о измеренной температуре передается в цифровом виде. Такое решение позволяет, не тревожиться о сечении проводов, о их длине и прочем. Датчики DS18B20, DS18S20 способны работать в диапазоне температур от -55… +125 °С.
Температура выводится на 7-ми сегментный 3-х разрядный LED индикатор с общим катодом (ОК) или с (ОА).
Для вывода на индикатор максимальной и минимальной измеренных температур нужна кнопка SB1. Для сброса памяти так же нужна кнопка SB1
Кнопкой SA1 можно оперативно переключать датчики(улица, дом).
Jamper необходим для переключения общего провода для LED индикатора. ВАЖНО! Если индикатор с ОК – то ставим jamper на нижнее по схеме положение, а транзисторы VT1-VT3 впаиваем p-n-p проводимости. Если LED индикатор с ОА, то jamper переводим в верхнее по схеме положение, а транзисторы VT1-VT3 впаиваем n-p-n проводимости.
В таблице 1 можно ознакомиться со всем перечнем деталей и возможной их заменой на аналог.
| Позиционное обозначение | Наименование | Аналог/замена |
| С1, С2 | Конденсатор керамический - 0,1мкФх50В | - |
| С3 | Конденсатор электролитический - 220мкФх10В | |
| DD1 | Микроконтроллер PIC16F628A | PIC16F648A |
| DD2,DD3 | Датчик температуры DS18B20 или DS18S20 | |
| GB1 | Три пальчиковых батарейки 1,5В | |
| HG1 | 7-ми сегментный LED индикатор KEM-5631-ASR (OK) | Любой другой маломощный для динамической индикации и подходящий по подключению. |
| R1,R3,R14,R15 | Резистор 0,125Вт 5,1 Ом | SMD типоразмер 0805 |
| R2,R16 | Резистор 0,125Вт 5,1 кОм | SMD типоразмер 0805 |
| R4,R13 | Резистор 0,125Вт 4,7 кОм | SMD типоразмер 0805 |
| R17-R19 | Резистор 0,125Вт 4,3 кОм | SMD типоразмер 0805 |
| R5-R12 | Резистор 0,125Вт 330 Ом | SMD типоразмер 0805 |
| SA1 | Любой подходящий переключатель | |
| SB1 | Кнопка тактовая | |
| VT1-VT3 | Транзистор BC556B для индикатора с ОК/ транзистор BC546B для индикатора с ОА | KT3107/КТ3102 |
| XT1 | Клеммник на 3 контакта. |
Для первоначальной отладки работы цифрового термометра применялась виртуальная модель, построенная в протеусе. На рисунке 2 можно увидеть упрощенную модель в протеусе
Рисунок 2 – Модель термометра на микроконтроллере PIC16F628A в Proteus’e
На рисунке 3-4 показана печатная плата цифрового термометра
Рисунок 3 – Печатная плата термометра на микроконтроллере PIC16F628A(низ) не в масштабе.
Рисунок 4 – Печатная плата термометра на микроконтроллере PIC16F628A(верх) не в масштабе.
Термометр, собранный рабочих деталей начинает работать сразу и в отладке не нуждается.
Результат работы рисунки 5-7.
Рисунок 5 - Внешний вид термометра
Рисунок 6 - Внешний вид термометра
Рисунок 7 - Внешний вид термометра
ВАЖНО! В прошивку термометра не вшита реклама можно пользоваться в свое удовольствие.
Поправки, внесенные в рабочую программу:
1 автоматическое определение датчика DS18B20 или DS18S20;
2. снижено время перезаписи в EEPROM(если выполнилось условие для перезаписи) с 5 минут, до 1 минуты.
3. увеличена частота мерцания точки;
Более подробное описание работы термометра можно посмотреть в документе, который можно скачать в конце этой статьи. Если скачивать нет желания, то на сайте www.pichobbi.narod.ru также отлично расписана работа устройства.
Готовая плата отлично поместилась в китайский будильник (рисунки 8, 9).
Рисунок 8 – Вся начинка в китайском будильнике
Рисунок 9 - Вся начинка в китайском будильнике
Видео - Работа термометра на PIC16F628A
На МК. Сердцем его является микроконтроллер PIC16F628A. В схеме термометра используется 4-х значный или 2+2 светодиодный индикатор с общим анодом. Датчик температуры используется типа DS18B20, и в моем случае показания датчика отображаются с точностью 0,5*С. Термометр имеет пределы измерения теемпературы от -55 до +125*С, что достаточно на все случаи жизни. Для питания термометра была использована обычная зарядка от мобилы на ИП с транзистором 13001.
Принципиальная схема термометра на микроконтроллере PIC16F628A:
Для прошивки PIC16F628A я использовал программу ProgCode, установив её на компьютер и собрав программатор ProgCode по известной схеме:
Обозначение выводов используемого микроконтроллера и цоколёвка некоторых других аналогичных МК:
Программа ProgCode и инструкции с фотографиями пошаговой прошивки находятся в архиве на форуме. Там же и все необходимые для этой схемы файлы. В программе открываем и нажимаем на кнопку "записать всё”. В моем изготовленном устройстве, как видно из фотографий, собрано 2 термометра сразу в одном корпусе, верхний индикатор показывает температуру дома, нижний - на улице. Размещается он в любом месте помещения и соединяется с датчиком гибким проводом в экране. Материал предоставил ansel73. Прошивку редактировал: [)еНиС
Описание работы термометра
Назначение этого термометра всего лишь показывать температуру. Небольшие отличия от других подобных схем только в формате вывода температуры на LED индикатор, который представляет из себя 4-х разрядный сверхяркий CA04-41SRWA. В качестве датчика температуры применён DS18B20 в обычном включении с отдельным проводом питания.Схема расчитана на питание от батареек, поэтму при включении питания индикатор не показывает ничего. Программа термометра при этом проходит инициализацию и сразу уходит в спящий режим. Спящий режим микроконтроллера позволяет экономить энергию источника питания. При нажатии на кнопку, подключенную к PORTB0, включается индикация.
На индикатор выводится подсказка:
Затем на индикатор выводятся сами показания температуры.
Вид вывода показаний следущий:
Датчик температуры DS18B20 измеряет температуру с разрешением 0,0625 градусов цельсия. Термометр считывает показания из датчика и округляет их до десятых долей градуса. Десятые доли градуса выводятся на индикацию во всех режимах индикации, кроме режима температур меньших, чем -10 градусов цельсия. Это сделано для того, чтобы на показаниях отрицательных температур всегда присутствовал знак "минус".
Показания присутствуют на индикаторе в течение 30 секунд. Затем прибор снова уходит в спящий режим и индикатор выключается.
Моделирование термометра в протеусе
Модель в протеусе позволила отработать программную часть термометра не собирая сам прибор в железе. Все режимы оттестированы. Сбоев при моделировании в программе нет.
Саму модель можно загрузить по ссылке: termo_i_v2.DSN
Принципиальная схема термометра
Схема нарисована отталкиваясь от рисунка печатной платы. Сначала была сделана разводка проводников печатной платы, таким образом, чтобы длина проводников и расположениен деталей было оптимальным и только после того, как на печатной плате было получено соответствие портов микроконтроллера PIC16F628A выводам индикатора CA04-41SRWA была составлена точная принципиальная схема.
Печатная плата термометра
