В сети Интернет присутствует огромное количество схем цифровых термометров, однако подавляющее большинство представленных схем питаются от сетевых блоков питания, что является абсурдным решением для такого мобильного устройства, как термометр, которым пользуются всего несколько раз в сутки.
Нет, я решил, что термометр должен быть мобильным, что б замерять температуру не только около розетки, а значит иметь батарейное питание. При этом батарейка должна быть всё же поменьше автомобильного свинцового аккумулятора, иначе смысл мобильности в термометре теряется. Хорошим бонусом была бы его экономичность, что б не менять батарейки каждую неделю. Вдобавок ко всему термометр должен быть простым, т.е. из доступных, и как можно более дешёвых компонентов.
Итак, основное отличие представленного цифрового термометра от аналогичных по функциям устройств – это батарейного питание от одной батарейки типа AAA и использование в схеме простого микроконтроллера (с малым количеством ног).
В качестве устройства отображения показания температуры выбор пал на дешёвый LCD типа 1602, совместимом с системой команд контроллера HD44780 (фирма Hitachi), который стал стандартом «де-факто» в любительской аппаратуре и на рынке цифробуквенных дисплеев. В последнее время китайские LCD типа 1602 заметно подешевели и их не сложно приобрести у китайцев по цене менее 100 рублей за штуку, что делает их весьма приятными при конструировании любительских устройств.
Воодушевившись успехом управления LCD дисплеем с помощью простого микроконтроллера (см. простой автомобильный вольтметр), я также решил сделать и термометр на простом микроконтроллере. Т.е. для управления LCD в схеме будет задействован сдвиговый регистр.
В качестве преобразователя постоянного напряжения с 1.5 Вольт до 5 Вольт (DC/DC) используется микросхема МАХ1674. Эта волшебная микросхема способна работать с КПД до 94 % при входном напряжении 0,7...5,5 Вольт, отдавая в нагрузку ток, достигающий 1 А. Единственный «минус» микросхемы заключается в том, что она выпускается в компактном корпусе μMAX. Однако для меня это не оказалось проблемой, т.к. и плату под неё удалось вытравить с первого раза и запаять не составило проблем, несмотря на мой практически нулевой опыт пайки таких микросхем.
В качестве датчика температуры решено было использовать цифровой датчик DS18B20 в корпусе TO-92, управляемый по шине 1-wire. Датчик проверенный, хороший, удобный не требующий от микроконтроллера АЦП. Достаточно дать команду датчику и считать температуру. Корпус датчика TO-92 позволяет использовать его в качестве выносного. При соответствующей герметизации (термоусадка + герметик), датчиком с большим успехом можно измерять температуру жидких сред, например температуру воды в ванне перед купанием грудного ребёнка или температуру воды в морской бухте во время купального сезона :-)
Для экономии заряда батареи в схеме применён современный электронный ключ, отключающий энергопитание всего устройства от батарейки.
Итак, схема устройства:
Основу термометра составляет простой и доступный микроконтроллер PIC12F629 фирмы MICROCHIP. Для управления ж/к дисплеем применяется сдвиговый регистр 74HC595A. Для облегчения разводки печатной платы в устройстве применён четырёхбитный режим отправки данных на ж/к дисплей.
При подборе элементов обвязки микросхемы преобразователя напряжения необходимо придерживаться рекомендаций из datasheet. Полярные конденсаторы должны быть танталовые, а катушка одна из рекомендуемых. Хотя катушку я впаял из тех, что удалось найти в магазинах.
Электронный ключ, отключающий питание после 30 секунд непрерывного измерения температуры, представляет собой N-канальный MOSFET миниатюрных размеров (корпус Micro6). Это не единственный миниатюрный MOSFET с управлением затвора логическим уровнем, но он мне подвернулся под руку. Оказалось у него очень низкое сопротивление канала, да к тому же стоит совсем недорого. В качестве замены IRLMS2002 вполне подойдёт IRLML2803 или IRLML2402. Правда корпуса у них другие, поэтому придётся немного подправить разводку платы.
Цифровой датчик DS18B20 подключается по схеме с паразитным питанием, т.е. двумя проводами, хотя можно подключить и тремя, с подачей питания. Тут уж как душа пожелает.
Если на вашем LCD модуле отсутствует токоограничительный диод в цепи подсветки, то необходим резистор R5. На печатной плате он отсутствует, так что при необходимости его стоит добавить.
Устройство включается путём короткого нажатия на кнопку S1. Боковая кнопка осталась от брелка сигнализации StarLine. Продаётся в магазинах под страшным шифром: SWT-1188E-1K2 и не является дефицитом, хотя может быть заменена абсолютно на любую.
Переменный резистор R4 необходим для подстройки контраста ж/к дисплея. Резистор R2 служит для ограничения тока перезаряда затвора MOSFET. Резистор R3 подтягивает затвор к земле тем самым не даёт несанкционированно открыться MOSFET_ у. Резистор R1 – подтяжка шины 1-Wire. Его значение может лежать в некоторых пределах. Рекомендуемое – 4,7 кОм. При удалении датчика на большое расстояние сопротивление резистора необходимо уменьшать.
Разводка печатной платы приведена ниже.
Плата односторонняя, с несколькими перемычками. Изготавливается по Лазерно-Утюжной Технологии (ЛУТ) без особых проблем в домашних условиях. Плата разрабатывалась с учётом предпочтения SMD монтажу, как наиболее «ленивому». Чем меньше сверлить отверстий в текстолите, тем лучше для здоровья! Конденсаторы применялись типоразмера 0805, резисторы – 1206. Полярный конденсатор – танталовый в корпусе case E
Фото готового устройства приведено ниже.
На фото видно, что плата устройства несколько отличается от разводки приведенной выше. Связано это с ошибками, допущенными на начальных этапах. Ошибки в последствии были устранены, а разводка платы исправлена.
Т.к. исправления на плате не сказались на её надёжности и работоспособности, то я решил новую плату не изготавливать и оставить свою плату в таком виде.
На плату выведен разъём типа PLD (вилка угловая) для прошивки микроконтроллера. Прошить микроконтроллер можно любым удобным программатором.
Во включенном состоянии термометр потребляет около 120 миллиампер из них на подсветку затрачивается примерно 100 миллиампер.
Цикл программы микроконтроллера, в котором измеряется температура, длится в течение примерно 30 секунд, после чего термометр автоматически выключается и потребляемый ток падает до нуля, до очередного включения.
Программа микроконтроллера написана на ассемблере и выглядит несколько мудрёной, т.к. производится двоично-десятичное преобразование для вывода показаний на ж/к экран.
Схема (SPLAN 7.0), разводка печатной платы (Sprint Layout 5.0), прошивка (HEX) и исходник (ASM) доступны для скачивания по ссылке.
Правильно собранное устройство в настройке не нуждается и сразу работоспособно.
При подготовке данной статьи, возможно, были допущены ошибки, наличие которых я рад буду выявить и исправить.
При использовании материалов с этой странички, приводите ссылку.
[НАЗАД][мои проекты]