Настенные часы-термометр с цифрами высотой 126 мм

По сравнению с описанными в статье [1] того же автора предлагаемые настенные часы-термо­метр оснащены яркими светодиодными индикаторами белого свечения с более чем в два раза большей высотой цифр. Предусмотрены возможность гашения незначащего нуля и автоматиче­ское изменение яркости индикаторов в зависимости от внешней освещённости. К часам можно подключить датчик температуры, наличие и тип которого определяются автоматически. Благодаря помехозащищённому алгоритму считывания показаний этот датчик можно вынести на значительное расстояние от часов.

Схема часов изображена на рис. 1. Для повышения точности их хода мик­роконтроллер DD2 (PIC16F873A-I/P) тактируется от внешнего интегрального кварцевого генератора DD1 частотой 8 МГц. Часы выполняют следующие функции:

• отображают текущее время в 24-ча­совом формате с погрешностью не более 1 с за сутки;
• отображают с дискретностью 1 °С измеренную выносным датчиком тем­пературу от -55 до +125 °С;
• каждые 3 с автоматически заме­няют значение времени на индикаторах значением температуры или обратно, но возможно и постоянное отображение величины, выбранной пользователем;
• автоматически изменяют яркость свечения индикаторов в зависимости от внешней освещённости, пороговое значение которой устанавливает поль­зователь.

Предусмотрены ручная установка часов, минут и коррекция показаний по сигналам точного времени. При снятой перемычке S1 действует автоматиче­ское гашение незначащего нуля. Если есть необходимость отображать незна­чащий ноль, достаточно установить эту перемычку обратно.

Рис. 1

Часы можно питать от любого источ­ника постоянного напряжения 28…30 В. Они потребляют ток не более 60 мА. Автор использовал импульсный источ­ник питания от струйного принтера «Lexmark» . В случае отключения этого источника светодиодные индикаторы гаснут, но счёт времени не прекращается, так как питание кварцевого генера­тора и микроконтроллера продолжает­ся от резервного источника — литиево­го элемента G1 напряжением 3 В.

Особенность применённых в часах индикаторов A-501W с высотой знака 126 мм (5 дюймов) — в их элементах установлены по семь пар включённых последовательно светодиодов, сум­марное падение напряжения на которых превышает 20 В. Это не позволяет соединять индикаторы непосредствен­но с микроконтроллером, питаемым напряжением 5 В.

Сигналы с выходов RC0-RC7 микро­контроллера поступают на катоды эле­ментов светодиодных индикаторов HG1-HG4 через электронные ключи микросхемы DD3 (ULN2803A). Сигналы с выходов RA0-RA3 микроконтроллера управляют электронными ключами на транзисторах VT1-VT8, поочерёдно подключающими аноды индикаторов HG1-HG4 к цепи питания.

Сразу после включения питания на индикаторы выводятся нули, начинает­ся счёт времени, мигают десятичные точки (элементы DP) индикаторов HG2 и HG3, разделяющие разряды часов и минут. Обратите внимание, что индика­торы HG3 и HG4 должны быть установ­лены в часы повёрнутыми на 180°. Это связано с тем, что элемент DP индика­тора HG3 используется как верхняя точка двоеточия, разделяющего часы и минуты, а такой же элемент индикатора HG4 служит символом градуса при ото­бражении температуры.

Если контакты кнопочного выключа­теля SA1 разомкнуты, то каждые 3 с на индикаторах значения времени заменя­ются значениями температуры, изме­ренной подключённым к разъёму ХР1 выносным датчиком, и обратно. Фикса­ция кнопочного выключателя SA1 в замкнутом состоянии переводит часы в режим постоянного отображения теку­щего значения выведенной на индика­тор в момент замыкания контактов величины — времени (рис. 2) или тем­пературы (рис. 3). С размыканием кон­тактов выключателя периодическая смена времени и температуры на инди­каторе возобновляется.

Рис. 2

Рис. 3

Датчик температуры может быть любым из DS18B20, DS1822, DS18S20, DS1820, причём программа определяет его тип автоматически. Номера контак­тов разъёма ХР1 совпадают с номерами подключаемых к ним выводов перечис­ленных датчиков. Его можно установить не только в комнате, но и за окном или на балконе. При установке датчика на улице советую воспользоваться реко­мендациями, приведёнными в моей статье [2]. Если он не подключён (или оборван соединительный провод), на индикаторы выводится только текущее время.

Кнопкой SB1 при необходимости ус­танавливают соответствующее точному времени число часов, а кнопкой SB2 — минут. Нажатие на кнопку SB3 приоста­навливает счёт времени и выводит на индикатор ноль минут. Если перед этим нажатием число минут на индикаторе было больше 30, то число часов увели­чится на единицу. В противном случае оно останется неизменным. С момента отпускания кнопки счёт времени возоб­новляется. Когда освещённость в поме­щении соответствует, по мнению поль­зователя, пороговой, достаточно на­жать на кнопку SB4 и удерживать её до появления на индикаторах прочерков. В EEPROM микроконтроллера будет запи­сано значение, пропорциональное теку­щей освещённости работающего в фотовольтаическом режиме фотодиода VD1 (ФД-256), которое в дальнейшем используется как пороговое. Когда освещённость ниже пороговой, яркость свечения индикатора автоматически уменьшится, а когда выше — увеличит­ся. Кнопку SB4 следует разместить в таком месте, чтобы не затенять фото­диод в процессе установки порога. В авторском варианте она вынесена на плату индикаторов, где закреплена тер­моклеем.

Конструктивно часы состоят из моду­ля индикаторов размерами 420×140 мм и модуля контроллера, смонтированно­го на печатной плате размерами 130×100 мм. Чертёж двух печатных плат (по два индикатора на каждой), из кото­рых состоит модуль индикаторов, не приводится ввиду их простоты и боль­ших размеров. Для жёсткости между индикаторами и платами, на которых они установлены, проложена толстая пластина из изоляционного материала. Чтобы увеличить контрастность изобра­жения, надо индикаторы закрыть авто­мобильной тонировочной плёнкой.

Лучшим решением (если найдётся ванна для травления нужных размеров) может быть изготовление единой платы индикаторов из стеклотекстолита тол­щиной не менее 2 мм. Не исключён и ва­риант проводного монтажа индикаторов на фанерном или пластмассовом листе соответствующих размеров и толщины.

Плата контроллера, чертёж которой изображён на рис. 4, рассчитана на установку кнопочного выключателя В4003 и кнопок с угловыми выводами TS-A6PV-130. Под кнопки другого типа плату, возможно, придётся доработать. Для литиевого элемента CR2032 (G1) на плате установлен держатель ВН-642. Интегральный кварцевый генератор КХО-200 на 8 МГц можно заменить (с небольшим ухудшением точности хода часов) генератором на элементах ТТЛ с отдельным кварцевым резонатором [3].

Рис. 4

Правильно собранное устройство налаживания не требует. Необходимо лишь до монтажа микроконтроллера на плату записать в его память выбранную программу. Предлагаются два вариан­та программы: стандартный (файл c_t_873.hex) и с «солнечной» коррекцией температуры (файл c_t_873_sol.hex). Вариант с коррекцией автор разработал и использует в связи с тем, что у него датчик температуры расположен на солнечной стороне дома. Несмотря на меры, принятые для защиты датчика от прямых солнечных лучей, при ясной сол­нечной погоде погрешность показаний датчика значительно возрастает. Она была определена экспериментально и скомпенсирована в программе автома­тическим вводом в показания датчика поправки в соответствии с таблицей перед их отображением на индикаторе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Суров В. Настенные часы-термометр. — Радио, 2008, № 12, с.39-41.
2. Суров В. Часы-термометр — Радио, 2003, №10, с. 39-41.
3. Нечаев И. Конструкции на логических элементах цифровых микросхем, МРБ. вып. 1172. — М.: Радио и связь, 1992

Скачать архив к проекту (файл печатной платы в формате Sprint Layout 6.0 и два варианта программы микроконтроллера)

Автор: В. СУРОВ, г. Горно-Алтайск
Источник: Радио №2, 2016