Thermomètre de haute précision avec capteur DS18S20. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Un dispositif de mesure de température est proposé, basé sur le microcontrôleur ATmega8515 et le capteur de température DS18S20, caractérisé par la simplicité du circuit et de la conception avec une précision de mesure accrue.

Aujourd'hui, de nombreux capteurs de température différents sont produits, tant analogiques que numériques. Cependant, de nombreux capteurs analogiques ont une dépendance significativement non linéaire du paramètre de sortie sur la température (thermistances) ; les signaux des autres (thermocouples) doivent être considérablement amplifiés avant utilisation.

Tous nécessitent souvent d’étalonner le thermomètre fabriqué par rapport à un thermomètre de référence afin d’éliminer les erreurs systématiques. Les capteurs numériques sont généralement calibrés en usine et disposent d’une échelle de température linéaire.

Le capteur numérique commun DS18S20 a été sélectionné pour être utilisé dans l'appareil. Selon [1], il est capable de mesurer des températures comprises entre -55 et +125°C. Malheureusement, presque tous les thermomètres connus équipés de ce capteur (par exemple, dans [2]) n'utilisent pas la possibilité d'en obtenir des valeurs de température avec une résolution inférieure à 0,5 °C. Cela est apparemment dû à la nécessité de lire des informations supplémentaires provenant du capteur et d'effectuer des calculs à l'aide d'une opération de division complexe pour un simple microcontrôleur. Cette fonctionnalité est implémentée dans le thermomètre proposé. La température est mesurée par incréments de 0,1 °C, ce qui vous permet de suivre plus précisément les tendances de ses changements.

Grâce à l'utilisation d'un microcontrôleur ATmega40-8515PU à 16 broches, le circuit du thermomètre présenté sur la Fig. 1 s’est avéré relativement simple. Le capteur DS18S20 (BK1) est connecté au microcontrôleur via une interface 1-Wire. Pour contrôler le capteur, la sortie PE1 est sélectionnée dans le microcontrôleur et l'entrée PE0 reçoit les informations du capteur. L'utilisation de deux broches au lieu d'une a considérablement simplifié le programme du microcontrôleur.

Riz. 1. Schéma du thermomètre

Le fonctionnement de l'interface 1-Wire est basé sur le codage des zéros logiques et des uns transmis via celle-ci à certains intervalles de temps. La durée de ces intervalles est fixée de manière assez rigide, de sorte que le microcontrôleur est cadencé à partir d'un générateur stabilisé par un résonateur à quartz externe ZQ1 et fournissant une durée d'horloge machine de 0,25 μs.

Après avoir donné au capteur l'ordre de démarrer le cycle de mesure de la température, le microcontrôleur attend sa fin. Il lit ensuite dans les registres internes du capteur non seulement la valeur de température mesurée couramment utilisée T_modifié avec la valeur binaire la moins significative 0,5 ^оC, mais aussi deux facteurs de correction. Facteur K₁ (COUNT_PER_C) - le nombre d'impulsions générées à l'intérieur du capteur par degré de température. Le coefficient K2 (COUNT_REMAIN) est le reste dans le compteur interne après avoir compté toute la partie de la valeur de température mesurée. Le microcontrôleur calcule la valeur de température ajustée T à l'aide d'une formule similaire à celle donnée dans les données de référence du capteur DS18S20 :

T = int(T_modifié) - 0,25 + (K₁ - K₂)/K₁

La valeur de température est émise via les ports A, B et C du microcontrôleur, dont les sorties sont connectées via des résistances de limitation de courant R2-R9, R12-R25 aux cathodes des indicateurs LED à sept éléments HG1-HG3 avec un commun anode. La température est affichée de -55 à +99,9 °C. Les valeurs de température négatives, comprises entre -55 et -10°C, sont affichées sous forme de nombres entiers avec un signe moins (Fig. 2,a). Dans la plage -9,9...-0,1 °C, la température est affichée avec des dixièmes de degré et un signe moins (Fig. 2,6). Les valeurs positives dans la plage 0...+99,9°C sont affichées sans signe avec dixièmes de degré (Fig. 2,c).

Riz. 2. Affichage de la température

Le thermomètre est assemblé sur une planche technologique en fibre de verre avec des trous métallisés situés sur une grille au pas de 2,5 mm (Fig. 3). Un panneau est installé sur la carte pour le microcontrôleur. Les condensateurs C1-C3 sont en céramique. L'installation a été effectuée du côté d'installation inverse de la carte à l'aide d'un fil MGTF. Le capteur de température VK1 peut être déporté en le connectant à la carte avec trois fils torsadés d'une longueur maximale de 5 m.

Riz. 3. Le thermomètre est assemblé sur une planche technologique en fibre de verre avec des trous métallisés

Le courant consommé par le thermomètre, en fonction de la valeur de température affichée sur les indicateurs, varie de 50 à 110 mA. Lors de l'utilisation du microcontrôleur indiqué dans le schéma, le thermomètre peut être alimenté à partir de n'importe quelle source de tension constante 4,5...5,5 V. Lorsqu'il est alimenté par une batterie, il est conseillé de remplacer le microcontrôleur par

ATmega8515L-8PU, qui fonctionne à une tension d'alimentation de 2,7...5,5 V, ce qui coïncide pratiquement avec la tension d'alimentation admissible du capteur DS18S20 (3...5,5 V).

Le programme du microcontrôleur peut être téléchargé à partir de ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/05/mega8515.zip.

littérature

1. Thermomètre numérique à 1 fil de haute précision - URL : robotstorehk. com/sensors/doc/DS18S20.pdf.
2. Samokhin I. Thermomètre numérique avec fonction de contrôle du thermostat. - Radio, 2007, n°7, p. 35, 36.

Auteurs : E. Lukyanenko, N. Nikitina, A. Starykh

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