На светодиодном индикаторе этого прибора показания текущего времени периодически сменяется на значение температуры окружающей среды в месте расположения датчика - обычного полупроводникового диода. Устройство не содержит микросхем, требующих программирования.
Принципиальная схема часов-термометра приведена на рис. 1. "Часовая" часть построена на широко известных микросхемах К176ИЕ18 (DD4) и К176ИЕ13 (DD6). О принципе их действия и особенностях применения можно прочитать, например, в [1].
(нажмите для увеличения)
Основой термометра служит микросхема КР572ПВ6 (DA4) - АЦП двойного интегрирования, - во многом подобная хорошо известным КР572ПВ2 и КР572ПВ5. Основные отличия состоят в повышенной точности преобразования напряжения в код (4,5 десятичных разряда) и выходных цепях, рассчитанных на подключение динамического цифрового индикатора.
Двоично-десятичные коды цифр результата преобразования поочередно появляются на выходах В1, В2, В4, В8. Каждую цифру сопровождает высокий логический уровень на соответствующем выходе D1 (старший десятичный разряд, в рассматриваемом приборе не использован) - D5 (младший разряд). Импульсы на выходе STB отмечают моменты смены цифр Логический уровень на выходе POL говорит о полярности результата: 1 - положительная, 0 - отрицательная. Необходимые для работы микросхемы DA4 тактовые импульсы частотой приблизительно 120 кГц поступают на ее вход CLK от генератора на элементах DD2.3 и DD2.4.
На микросхеме КР142ЕН19А (DA3) собран стабилизатор напряжения 2,5 В для измерительных цепей термометра. Конденсатор С11 предотвращает паразитную генерацию. С помощью резистора R21 задан ток (приблизительно 0,14 мА) через датчик температуры - диод VD12. Напряжение на диоде, при неизменном токе линейно зависящее от температуры, поступает на вход IN микросхемы DA4. На ее вход IN+ с движка подстроечного резистора R26 подано напряжение, равное напряжению на диоде VD12 при температуре 0 DC, - приблизительно 600 мВ.
Образцовое напряжение 200 мВ на входе Uref АЦП устанавливают подстроечным резистором R28. Именно такого значения (по абсолютной величине) достигла бы разность потенциалов входов IN+ и IN- при температуре датчика ±100 °С. Практически интервал измеряемой температуры составляет -60...+99,9 °С.
Цепь R22C15 защищает вход АЦП от помех и наводок. Конденсатор С19 предназначен для хранения образцового напряжения. Конденсатор С16 и резистор R39 - элементы интегратора. Конденсатор С18 входит в цепь автоматической коррекции нуля АЦП. Диод VD12 звшунтирован конденсатором С13 для устранения наводок частотой 50 Гц, которые способны заметно исказить показания. О работе подобного термометра можно прочитать в [2].
Микросхема К561ЛС2 (DD7) - четыре элемента И-ИЛИ с общими входами стробирования - поочередно подключает к узлу индикаторов два источника сигналов выбора разряда индикатора: выходы Т1 -Т4 микросхемы DD4 в режиме индикации времени или выходы D2- D5 микросхемы DA4 в режиме индикации температуры. Сигналы с выходов элементов DD7 управляют транзисторами VT8, VT10, VT13, VT14, поочередно включающими индикаторы HG1-HG4.
На входы DDI - преобразователя двоично-десятичного кода в семиэлементный - сигналы с выходов В1, В2, В4, В8, STB микросхемы DA4 поступают через повторители микросхемы DD8. К его же (преобразователя DD1) входам подключены и выходы микросхемы DD6 Однако управляющий сигнал, подаваемый на вход V DD6 и входы Е и Z DD8, позволяет быть активными только выходам одной из этих микросхем, переводя выходы другой в пассивное (высокоимпе-дансное) состояние Пассивное состояние выходов микросхемы DD6 никак не сказывается на процессе счета времени.
В результате при лог. 1 на выводе 5 счетчика DD5 индикаторы HG1-HG4 отображают температуру, а при лог. 0 - время. На вход CN этого счетчика поступают секундные импульсы с выхода
51 микросхемы DD4, поэтому через каждые 4 с уровень на выходе 5, а с ним и режим индикации изменяются. При размыкании контактов выключателя SA1 счетчик остановится в том состоянии, в котором он находился в момент размыкания. Замыкание контактов выключателя SA1 возобновит периодическую смену режимов.
Через усилители тока на транзисторах VT1- VT7 выходные сигналы преобразователя кода DD1 поступают на аноды индикаторов HG1-HG4. В режиме индикации температуры "лишний" старший разряд индикатора погашен поступающим на вход К преобразователя DD1 сигналом, сформированным элементом DD3.1. Сигнал с выхода элемента DD3.2 при отрицательной температуре включает на индикаторе HG1 элемент g - знак "минус".
Элемент DD3.3 и транзистор VT11 управляют светодиодами HL1 и HL2. В режиме индикации температуры оба светодиода погашены. В режиме индикации времени светодиод HL2 мигает с частотой 1 Гц всегда, a HL1 - только при замкнутом выключателе SA1. Вторая группа контактов этого выключателя, замыкая цепь излучателя НА1, разрешает подачу звукового сигнала срабатывания будильника.
Так как вход 12 микросхемы DD8 соединен с общим проводом, в активном состоянии (в режиме индикации температуры) высокий логический уровень с выхода 11 этой микросхемы через ключ на транзисторе VT12 включает на индикаторе HG3 элемент h - десятичную запятую между разрядами единиц и десятых долей градуса.
Резисторы R48-R56 необходимы для увеличения напряжения высокого логического уровня на выходах микросхемы DA4. Резисторы R3, R13-R16 - нагрузочные в цепях выходов микросхемы DD4 с открытым истоком.
Узел питания прибора состоит из трансформатора Т1 и двух двухполупериодных выпрямителей. Один из них (на диодах VD3 и VD4) дает напряжение +12 В для питания анодных цепей индикаторов HG1-HG4. Из него же с помощью интегрального стабилизатора DA1 получают напряжение +5 В для питания микросхем прибора. Из напряжения второго выпрямителя (на диодах VD5, VD6) с помощью интегрального стабилизатора DA2 получают напряжение -5 В, необходимое микросхеме АЦП DA4.
В качестве трансформатора Т1 можно применить любой сетевой с двумя вторичными обмотками на 9 12 В при токе нагрузки не менее 300 мА. Микросхемы DA1 и DA2 заменят любые интегральные стабилизаторы соответственно положительного (например, КР1157ЕН502А) и отрицательного (например, КР1168ЕН5) напряжения 5 В. Стабилизатор отрицательного напряжения в крайнем случае может быть параметрическим на стабилитроне КС156А. Потребляемый по цепи -5 В ток не превышает 3 мА.
Батарея резервного питания GB1 - три гальванических элемента типоразмера АА, соединенных последовательно. Она предназначена для поддержания хода часов в отсутствие сетевого напряжения. В этом случае напряжение питания от батареи поступает через диод VD13 только на "часовые" микросхемы DD4 и DD6. Чтобы остальные микросхемы, оставленные без питания, не влияли на упомянутые, в связывающие их цепи последовательно включены резисторы R11, R43-R46, а резистор R31 в режиме резервного питания поддерживает низкий логический уровень на входе V микросхемы DD6. Резистор R23 обеспечивает подзарядку батареи GB1 при работе от сети.
Авторский экземпляр часов-термометра собран в пластмассовом корпусе часов из радиоконструктора "Электроника". Детали установлены на нескольких платах из стеклотекстолита и соединены в основном навесными изолированными проводами. Доступ к осям подстроечных резисторов R26 и R28 - через отверстия в задней части корпуса.
Вместо указанных на схеме светодиодных индикаторов SC10-21YWA можно использовать любые другие с общим катодом, подходящие по размеру и цвету свечения. Светодиоды HL1, HL2 размещают в зазоре между индикаторами HG2 и HG3. В качестве транзисторов VT8, VT10, VT13, VT14 можно применить любые кремниевые структуры п-p-n с коэффициентом передачи тока не менее 180 и максимальным током коллектора не менее 300 мА. При подборе замены обращайте внимание и на остаточное напряжение коллектор- эмиттер в режиме насыщения, заметно влияющее на яркость свечения индикаторов. У транзисторов КТ530А оно не превышает 0,13 В.
Звуковой излучатель НА1 - малогабаритный электромагнитный от импортного будильника. Вместо него можно с успехом использовать динамическую головку со звуковой катушкой сопротивлением не менее 30 Ом.
Импортные аналоги микросхемы КР572ПВ6 - ICL7135 или TLC7135. Некоторые экземпляры подобных АЦП страдают "перекосом" характеристики - результаты преобразования положительного и равного ему по абсолютной величине отрицательного напряжения немного различаются (не считая уровня на выходе POL). Устраняют перекос с помощью диодно-резисторной цепи, подключенной, как показано на рис. 2.
О налаживании часовой части прибора подробно рассказано в [1]. А для калибровки термометра датчик температуры (диод VD12) помещают в тающий лед или снег и подстроечным резистором R26 добиваются нулевого показания на светодиодном индикаторе. Если этого сделать не удается, подбирают номинал резистора R25. Затем, опустив датчик в горячую воду с температурой, контролируемой образцовым термометром, резистором R28 устанавливают на индикаторе соответствующее значение.
Яркость свечения индикаторов HG1-HG4 и светодиодов HL1, HL2 при необходимости можно увеличить или уменьшить, подобрав номиналы резисторов R4-R10, R30, R36.
В заключение хотелось бы поделиться опытом установки датчика температуры вне помещения. Он должен находиться как можно дальше от окон и стен дома, хорошо обдуваться ветром, но быть укрытым от прямых солнечных лучей. Наилучшее место - внешняя часть ограждения балкона. Перпендикулярно к ней крепят горизонтальный деревянный брусок сечением 30x30 мм и длиной приблизительно 500 мм. На удаленном от балкона конце бруска под углом 30° устанавливают солнцезащитный козырек размерами 300x300 мм из фанеры толщиной не менее 10 мм. Под козырьком на удалении 40...60 мм от центра его нижней поверхности и размещают диод VD12, предварительно поместив его во влагозащитную капсулу подходящего объема, например, из-под лекарства. Отверстие в капсуле, через которое выведены соединительные провода, следует герметизировать.
Литература
Автор: В.Суров, г.Горно-Алтайск