Простой термометр

Различные цифровые термометры — популярный вид радиолюбительских конструкций. Это объясняется тем, что они могут измерять температуру с довольно высокой точностью, что стало возможным благодаря дешёвым циф­ровым датчикам температуры, позво­ляют разнести индикатор и датчик на значительное расстояние. Тем не менее большая часть конструкций содержит много деталей, при этом в них остаются свободными немало выводов микро­контроллера, а значительная часть его программной памяти не используется.

Автор постарался разработать тер­мометр, свободный от указанных недо­статков. В нём небольшое число дета­лей, а возможности применённого мик­роконтроллера использованы практиче­ски полностью.

Основные технические характеристики

Измеряемая температура, °С …………. -55…+125

Число разрядов индикатора ………… 3

Дискретность отображения температуры, °С

• в интервале +100…+125 °С ……. 1
• в интервале -9,9…+99,9 °С ……. 0,1
• в интервале -55…-10 °С ……. 1

Напряжение питания, В …… 3…5,5

Потребляемый ток, мА  ……. 12

Схема термометра изображена на рис. 1. Его основные компоненты — микроконтроллер ATtiny24-20SSU (DD1), датчик температуры DS18B20 (ВК1) и трёхразрядный светодиодный индика­тор с общим анодом BT-M51DRD (HG1). В отличие от многих аналогов, в термо­метре применён не совсем обычный способ динамической индикации. Мик­роконтроллер одновременно переклю­чает все одноимённые элементы инди­катора, поочерёдно устанавливая низ­кий логический уровень на каждой линии порта А. В каждом такте индика­ции микроконтроллер устанавливает высокий уровень только на анодах тех разрядов, в которых соответствующие элементы должны быть включены. При «традиционной» динамической индикации разряды индикатора перебирают, включая в каждом из них одновременно все нужные элементы.

Рис. 1

Применённый способ позволил пе­ренести ограничивающие ток резисто­ры из цепей катодов элементов индика­тора в цепи их общих анодов, сократив число таких резисторов с восьми до трёх. Разумеется, такой метод индика­ции выгоден только при числе разрядов индикатора, меньшем, чем число эле­ментов в каждом разряде.

Небольшое число выводов использо­ванного микроконтроллера заставило использовать один из них (РВ0) для выполнения двух функций. Он управ­ляет старшим разрядом индикатора, а в паузах через него ведётся обмен информацией с датчиком температуры. Как показала практика, это допустимо. Датчик работает стабильно.

Так как интерфейс 1-Wire, по которо­му датчик температуры связан с микро­контроллером, требует, чтобы информа­ционная линия была соединена с плю­сом питания через нагрузочный рези­стор, схему подключения анодов старшего разряда индикатора к линии РВ0 пришлось изменить. Эта линия соедине­на с выводом индикатора непосред­ственно в отличие от линий РВ1 и РВ2, содержащих ограничительные резис­торы R3 и R4. К ней также подключены информационный вход-выход датчика температуры и нагрузочный резистор R1. Он же ограничивает ток старшего разря­да индикатора, если линия РВ0 переве­дена программой в высокоимпедансное состояние. Высокий уровень на этой ли­нии программа не устанавливает никог­да. Это привело бы не только к резкому росту тока старшего разряда индикато­ра, но и к нарушению работы датчика.

Термометр рассчитан на питание от батареи из трёх гальванических эле­ментов общим напряжением 4,5 В. Разумеется, возможно использование других источников питания.

Термометр выполнен на печатной плате размерами 40×20 мм из односто­ронне фольгированного стеклотексто­лита. Чертёж платы показан на рис. 2. Конденсатор С1 и провода, соединяющие термометр с датчиком и источником питания, изображены на стороне установки индикатора условно. Конденсатор расположен на стороне печатных проводников, с той же сторо­ны к плате подведены провода.

Рис. 2

Программа микроконтроллера напи­сана на языке С в среде WinAVR. Чтобы загрузить программу в смонтирован­ный на плате микроконтроллер, к его выводам припаивают провода от программатора. К выводу 1 — +5 В, к выво­ду 4 — RESET, к выводу 7 — MOSI, к выводу 8 — MISO, к выводу 9 — SCK, к выводу 14 — общий. Индикатор на время программирования можно не отключать от микроконтроллера.

Конфигурация микроконтроллера должна быть запрограммирована со­гласно таблице. Она отличается от устанавливаемой заводом-изготовите­лем только значением разряда CKDIV8. По завершении программирования провода, идущие к программатору, сле­дует отпаять от платы.

Примечание. 1 — не запрограммировано; 0 — запрограммировано.

В заключение следует отметить, что датчик температуры не рекомендуется устанавливать непосредственно на пла­те, так как при работе она нагревается до температуры, превышающей темпера­туру окружающей среды на 0,1 …0,2 °С.

Скачать архив (файл печатной платы в формате Sprint Layout 5.0 и программа мик­роконтроллера)

Автор: Ю. МАРТЫНЮК, п. Затобольск, Казахстан
Источник: Радио №4/2016