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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Thermomètre avec fonction minuterie ou thermostat. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques Des descriptions de divers thermomètres numériques électroniques ont été publiées à plusieurs reprises sur les pages du magazine Radio. En règle générale, ils contenaient un convertisseur température-fréquence et des éléments de mesure numériques non discrets qui convertissent la fréquence mesurée en lectures de température. Un convertisseur température-fréquence construit sur des éléments non discrets nécessite un étalonnage et permet d'atteindre une précision acceptable dans une plage assez limitée (en raison de la non-linéarité des caractéristiques de température des éléments). L'utilisation d'éléments de base modernes - microcontrôleurs et capteurs spéciaux - simplifie grandement les circuits de l'appareil tout en augmentant la fonctionnalité et la précision des mesures. Le schéma de principe du thermomètre proposé est illustré à la fig. une.
Sa base est le populaire microcontrôleur (MK) PIC16F84A (DD1). Pour mesurer la température, un capteur numérique intégré (VK1) DS18B20 de MAXIM a été utilisé. Cette puce ne nécessite pas d'étalonnage et vous permet de mesurer la température ambiante de -55 à +125 °C, et dans la plage -10 ... +85 °C, le fabricant garantit une erreur de mesure absolue ne dépassant pas ±0,5 ° C Le capteur DS18B20 est le plus avancé de la célèbre famille DS18X2X, précédemment produite sous la marque Dallas Semiconductor. Contrairement aux analogues fonctionnels DS1820 et DS18S20, avant de commencer la mesure, il vous permet de définir la précision relative requise de la conversion de température à partir de la plage de valeurs suivante : 0,5 ; 0,25 ; 0,125 et 0,0625 °C, tandis que le temps de mesure est de 93.75, respectivement ; 187,5 ; 375 et 750 ms. Le principe de fonctionnement du capteur DS18X2X est basé sur le comptage du nombre d'impulsions générées par un générateur à faible coefficient de température dans l'intervalle de temps, qui est formé par un générateur à coefficient de température différent, tandis que la logique interne du capteur prend compte et compense la dépendance parabolique des fréquences des deux générateurs vis-à-vis de la température. L'échange de commandes de contrôle et de données entre le capteur VK1 et MK DD1, fonctionnant à une fréquence de 4 MHz, s'effectue via un bus de données bidirectionnel monofilaire 1 - Wire. Chaque DS18B20 possède un numéro de série unique de 48 bits, gravé au laser dans la ROM lors de la fabrication, permettant à pratiquement n'importe quel nombre de ces appareils d'être connectés au même bus. Le facteur limitant est principalement le temps total passé à interroger séquentiellement tous les capteurs connectés au réseau. Avec une période égale à 1 s, MK DD1 envoie une commande au capteur VK1 pour démarrer le processus de mesure de température avec une précision de 0,0625 ° C et reçoit de celui-ci le résultat de la mesure précédente. Le code 12 bits reçu par l'émetteur, correspondant à la température mesurée, est converti sous forme décimale, arrondi au dixième de degré et affiché sur l'indicateur LED HG1 en mode dynamique. Application du journal de tension. 0 à l'une des sorties RAO, RA1 ou RA2, le MK active le bit correspondant de l'indicateur, tout en émettant le code à sept éléments du chiffre affiché dans ce bit vers les sorties RBO-RB6. Le contrôle du point sur l'indicateur, qui sépare la partie entière de la température affichée de la partie décimale, est effectué par le MK via la sortie à drain ouvert RA4. La période d'affichage des trois chiffres de l'indicateur est d'environ 12,3 ms (fréquence - 81 Hz). Étant donné que l'appareil utilise un indicateur à trois chiffres, dans la plage de -19,9 à +99,9 °С, la température est affichée avec une précision de 0,1 °С, et dans les intervalles -55...-20 et +100... + 125 °С - précis à 1 °С. De plus, dans ces intervalles, l'erreur absolue de mesure de la température augmente à ± 2 ° C, de sorte que l'affichage de la température avec une précision au dixième de degré perd son sens. A la fin de chaque période d'affichage d'informations sur l'indicateur, le MK vérifie l'état des boutons SB1 et SB2, pour lesquels il met la tension à un niveau logique haut sur les sorties RAO-RA2 (cela correspond à l'extinction de tous les bits de l'indicateur HG1), et à la sortie RA4 - la tension est log 0. Les bits RB5, RB6 sont reconfigurés pour l'entrée, tandis que des résistances "pull-up" internes connectées au bus d'alimentation +5 V leur sont connectées. Ainsi, lorsque vous appuyez sur le bouton SB1 ou SB2, le niveau de tension logique haut sur RB5, RB6 est remplacé par un niveau bas, qui est surveillé par le MK. Les éléments de l'indicateur LED connectés à ces bits n'ont pas d'effet significatif sur l'état des entrées indiquées du MC, car le courant dans la direction opposée à travers elles est négligeable. Le fait de maintenir les boutons enfoncés n'affecte pas le fonctionnement des indicateurs lors de l'affichage des informations, car le courant entre les sorties RA4 et RB5, RB6 à travers les boutons SB1, SB2 est limité par les résistances R4, R5. Le dispositif est alimenté par le secteur 220 V alternatif par l'intermédiaire d'un condensateur ballast C3. Grâce au pont de diodes VD1, les deux alternances de la tension secteur traversent la diode zener VD2. En conséquence, l'ondulation de tension sur le condensateur C5 est considérablement réduite et il devient possible de réduire la capacité du condensateur C3, qui détermine le courant maximal fourni par la source d'alimentation à la charge. Le circuit de temporisation R1C4R2 forme une pause avant de démarrer le MC, ce qui est nécessaire pour qu'après la mise sous tension de l'appareil dans le réseau, la tension sur les condensateurs C5, C6 ait le temps d'augmenter jusqu'à un niveau qui assure le fonctionnement normal du MC . Lorsque le signal sonore est activé, lorsque la cascade sur le transistor VT1 entre en fonctionnement avec l'émetteur de son HA1 inclus dans son circuit collecteur, le courant consommé par l'appareil augmente considérablement, par conséquent, le programme MK prévoit d'éteindre l'indicateur pour la durée du signal. Cette cascade est alimentée par l'énergie accumulée dans le condensateur C5, ce qui entraîne d'importants "abaissements" de la tension sur celui-ci. Pour maintenir une tension d'alimentation stable du MC et du capteur de température, un régulateur de tension intégré DA1 et un condensateur à oxyde haute capacité C6 sont introduits dans l'appareil. Si une alarme sonore n'est pas nécessaire, la puce DA1 et le condensateur C5 peuvent être exclus, mais dans ce cas, D815E (VD2) doit être remplacé par une diode Zener D815A avec une tension de stabilisation de 5,6 V. Les codes "firmware" ROM MK pour un thermomètre avec une fonction de minuterie sont indiqués dans le tableau. une.
Lorsque la touche SB1 est enfoncée, un bip court retentit et l'écran affiche la valeur du temps restant jusqu'à ce que le signal sonore retentisse ou 0 (dans le chiffre le moins significatif) si le temps dans la minuterie n'a pas été réglé. La temporisation requise (entre 1 et 99 min ; entrez en appuyant sur le bouton SB2 (sans relâcher SB1). Dans ce cas, les lectures de l'indicateur commencent à augmenter automatiquement à une fréquence de 2 Hz. Lorsque la valeur souhaitée est atteinte, les touches sont relâchées.Le retour aux relevés de température se produit après 1 s après avoir relâché la touche SB1.A la fin du temps réglé, l'appareil émet un signal sonore intermittent avec une fréquence de 10 Hz pendant 1500 s. En tableau. 2 montre les codes du "firmware" du MK, conférant au dispositif décrit la fonction de contrôler un thermostat qui maintient une température donnée dans un environnement contrôlé avec une précision de ± 1 °C.
La visualisation et le réglage de la température (dans la plage de -54 ... +124 ° С) sont effectués, comme dans le cas précédent, à l'aide des boutons SB1 et SB2. La valeur de température réglée est stockée dans la mémoire de données non volatile du MK et chargée à partir de celle-ci chaque fois que l'appareil est connecté au réseau. Lorsque l'appareil fonctionne avec un thermostat, le signal de commande du compresseur de chauffage ou de réfrigérateur est retiré de la sortie RA3, tandis qu'au lieu de la cascade, un relais optotriaque est installé sur le transistor VT1, qui contrôle l'alimentation de l'actionneur ou contacteur qui, à son tour, connecte le réchauffeur ou le compresseur au secteur. Un schéma d'une variante possible d'un tel relais est illustré à la fig. 2.
Donné dans le tableau. 2 "firmware" MK est conçu pour contrôler l'élément chauffant. Par exemple, si la température réglée dans le thermostat est de +30 ° C, un signal de journal apparaîtra à la sortie de RA3 MK. 1 (correspond à la mise en marche de l'aérotherme) lorsque la température du fluide régulé descend en dessous de +29 °C, mais dès que la température monte à +31 °C, l'aérotherme s'éteint. Ainsi, l'hystérésis entre l'allumage et l'extinction du chauffage est de 2 °C. Le premier octet souligné (02) dans le tableau 2 est "responsable" de sa valeur. 01 : s'il est changé en "1", l'hystérésis diminuera jusqu'à 03 °C, et s'il est remplacé par "3", il augmentera jusqu'à XNUMX °C, etc. Plus l'hystérésis est petite, plus le réglage est précis. la température sera maintenue dans l'environnement contrôlé, mais le plus souvent des cycles d'allumage et d'extinction de l'actionneur seront répétés, et vice versa. Lors de la commande du compresseur du réfrigérateur, le signal est enregistré. 1 à la sortie de RA3, qui comprend le système de refroidissement, doit apparaître si la température dépasse la limite spécifiée et être remplacé par un niveau de log. 0 dès que la température descend en dessous de la limite spécifiée, en tenant compte à nouveau de l'hystérésis spécifiée par la valeur du premier octet souligné dans le tableau. 2. Pour mettre en œuvre ce mode de fonctionnement, les 2ème, 3ème et 4ème octets soulignés du tableau doivent être respectivement remplacés par "19", "15" et "11" Lors de la programmation du MK, vous devez spécifier : type de générateur - temporisateurs HS, WDT et PWRT - activé. Toutes les parties du thermomètre sont montées sur une carte de circuit imprimé en fibre de verre double face (Fig. 3).
La carte est conçue pour installer des résistances MLT, des condensateurs KD (C1, C2), K73-17V avec une tension nominale de 400 V (C3), KM (C7) et K50-35 (le reste). Pour réduire les dimensions de l'appareil, les pièces sont installées des deux côtés de la carte (où leurs désignations de référence sont indiquées). Des cavaliers sont soudés dans les trous des plages de contact, marqués sur le dessin par un point à proximité, lors de l'installation (leur fonction est également remplie par la sortie du condensateur C7). L'indicateur LED HG1 à trois chiffres est assemblé à partir de trois LSD3212-20 à un chiffre (lueur verte) et peut être remplacé par tout autre avec une consommation de courant ne dépassant pas 20 mA par élément (segment). Avant installation en place, les fils de 12 voyants sont coupés à proximité immédiate du boîtier. Le stabilisateur intégré 78L05 (DA1) peut être remplacé par n'importe quel autre avec une tension de stabilisation de +5 V. La capsule émettrice de son HA1 est une capsule de petite taille avec un enroulement d'une résistance de 8 ... 25 Ohm (l'auteur a utilisé l'émetteur électromagnétique HC0903A). Si vous avez l'intention d'utiliser un thermomètre dans des conditions climatiques difficiles, les condensateurs à oxyde C5 et C6 doivent être sélectionnés avec une plage de température étendue (marquée sur le boîtier "+105 ° C" ou plus), et la version MK PIC16F84A - E / P, indiquant que ce microcircuit peut fonctionner à des températures de -40 à +125 °C. Dans ce cas, la carte du thermomètre montée est placée dans un boîtier en plastique scellé et remplie d'un scellant (par exemple, de l'époxy). Les trous pour les boutons à l'intérieur sont scellés avec un morceau de caoutchouc fin, après quoi, des deux côtés de la membrane en caoutchouc résultante, au-dessus des boutons SB1 et SB2, des cercles en plastique d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre des trous dans le boîtier est collé. Ainsi, une isolation complète des éléments de l'appareil de l'environnement extérieur est assurée. Lors de l'utilisation de l'appareil dans des conditions normales, l'étanchéité peut être omise. Il est impossible de placer le capteur de température à l'intérieur du boîtier du thermomètre, car cela entraînerait une augmentation de l'erreur de mesure (due à l'échauffement des éléments) et de l'inertie des lectures du thermomètre lorsque la température ambiante change. Une solution de conception consiste à placer la puce du capteur à l'intérieur d'une ampoule de médicament en verre de taille appropriée. Les points de sortie du câble flexible de l'ampoule et du boîtier du thermomètre sont soigneusement remplis de mastic. La longueur d'un câble tripolaire peut aller de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres. Assemblé à partir de pièces réparables et sans erreurs d'installation, l'appareil n'a pas besoin d'être ajusté. Auteur: S.Koryakov, Shakhty, région de Rostov
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