Температура воздуха является одним из важных параметров окружающей среды, существенно влияющим на многие процессы жизнедеятельности человека. Поэтому ее постоянный контроль создает несомненные удобства. Предлагаемый термометр предназначен для использования внутри жилых помещений и отличается рядом достоинств:
- во-первых, он питается от одной пальчиковой батареи, которая не требует замены в течение года (собранный термометр успешно работает уже 8 месяцев);
- во-вторых, в нем используется цифровой датчик температуры. При этом достигается точность измерений порядка ±0,5°С. Цифровой датчик поставляется уже откалиброванным, поэтому устройство не требует никакой дополнительной настройки;
- в-третьих, это подключение жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) непосредственно к микроконтроллеру. В таком режиме потребляемый индикатором ток составляет порядка 10 мкА, что благоприятно отражается на времени непрерывной работы от батареи.
Термометр (рис.1) состоит из четырех функциональных блоков.
(нажмите для увеличения)
Температура измеряется микросхемой DD1 типа МСР9803, производимой фирмой Microchip. Она содержит в себе датчик температуры и устройство, преобразующее значение температуры в цифровой код с разрешением 0,0625°С. Этот код хранится в регистрах микросхемы и может быть затребован микроконтроллером по интерфейсу l2C. Резисторы R1 и R2 служат для реализации этого интерфейса. Рабочий диапазон датчика температуры - от -40 до +125 С, что существенно перекрывает температурный диапазон используемого ЖКИ (от -10 до +50°С). Поэтому диапазон измерений термометра ограничен температурным диапазоном ЖКИ. Следует отметить, что практически все ЖКИ не работают при низких температурах без специального подогрева. Однако отрицательные температуры весьма редки для жилых помещений.
Температура измеряется примерно один раз в 8 с. В остальное время датчик и микроконтроллер находятся в спящем режиме (показания продолжают индицироваться), что существенно снижает энергопотребление. Цифровой код температуры передается в микроконтроллер DD2 типа PIC16F916 для дальнейшей обработки и отображения на ЖКИ HG1 (модель VI-201 фирмы Varitronix). ЖКИ имеет два разряда для индикации температуры и две десятичные точки. Левая точка не используется, а правая служит для разделения целых и десятых долей градуса пределах от 0 до +9,9°С.
Температура в пределах от -9 до 0°С и от +10 до +50°С показывается только как целое число. Левый разряд ЖКИ также используется для индикации знака минус для отрицательных температур.
Как показывает практика, определение температуры воздуха с точностью до целых долей градуса вполне достаточна для большинства приложений. Это позволяет применить широко распространенные ЖКИ большого размера для удобства считывания показаний.
Питание устройства от одной пальчиковой батареи обеспечивается преобразователем напряжения, выполненным на микросхеме DA1 типа МАХ1724 фирмы Maxim. Микросхема МАХ1724 выпускается в нескольких вариантах на фиксированные выходные напряжения в пределах 2...5 В. Нами применен ее вариант на 5 В. Однако долговечность батареи можно еще повысить, использовав вариант микросхемы на выходное напряжение 3 В. Сенсор, микроконтроллер и ЖКИ тоже могут работать от такого напряжения.
.Фильтрующие конденсаторы С2 и C3 необходимы для нормальной работы преобразователя, а конденсатор С1 служит для подавления высокочастотных пульсаций преобразователя и предотвращения самовозбуждения микроконтроллера. Отличительной особенностью микросхемы преобразователя является отсутствие выпрямительного диода, характерного для подобных схем. Этим достигается высокая эффективность преобразователя. Дроссель L1 индуктивностью 10...22 мкГн может быть практически любой конструкции, так как потребляемый от преобразователя ток очень мал. Нами использован малогабаритный дроссель SRU5016-100Y фирмы Bourns.
Печатная плата термометра разрабатывалась под микросхему МАХ1724 в корпусе QFN. Все остальные элементы на плате также рассчитаны на SMD-MOH-таж (поверхностный). Резисторы R1 и R2 могут быть в корпусах 0806 или 1206. Танталовые электролитические конденсаторы С2 и C3 - на рабочее напряжение 10 В, конденсатор С1 - керамический, в корпусе 0806. Микросхемы DA1 и DD1 - в корпусах SOT23-5 и S08 соответственно. В качестве DD1 можно использовать датчик МСР9802. Он выпускается в 5-выводном корпусе SOT23-5 несколько меньших размеров. Эта замена повлечет за собой небольшую коррекцию печатной платы, однако никаких изменений в коде микроконтроллера не потребуется. Сам микроконтроллер может быть заменен на PIC16F914.
Печатная плата разработана под микросхему PIC16F916 в корпусе QFN и изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 65x39 мм (рис.2) С обратной стороны платы устанавливаются две проволочные перемычки, показанные на схеме расположения. Форма печатной платы рассчитана на установку ее в стандартный корпус "JAL-1" размерами 68x22x42 мм. В корпусе имеются два столбика для закрепления платы двумя винтами, В боковой стенке корпуса, напротив датчика температуры, просверлено отверстие 02 мм для улучшения теплообмена.
Лицевая панель выполнена из оргстекла толщиной 2 мм и крепится четырьмя винтами к соответствующим стойкам корпуса. На дне корпуса приклеен держатель для батареи типа АА. Батарея подключается на плате к гнездам, помеченным "+" и "-". Из-за малого потребления тока выключатель питания не предусмотрен.
При сборке термометра первым на плату следует установить микроконтроллер. Монтаж его производится пайкой горячим воздухом. После монтажа следует записать в него программу, приведенную в таблице.
(нажмите для увеличения)
Для программирования можно использовать любой программатор, подключаемый через 5-проводной ICSP-кабель. Кабель временно соединяется с выводами контроллера через гнезда установки ЖКИ на плате. Длинная печатная дорожка, подключенная к выводу 26 (MCLR), предназначена для удобства припаивания соответствующего провода ICSP-кабеля. После программирования эта дорожка более не используется, и гнездо для подключения провода остается закрытым панелью ЖКИ.
Правильно собранный термометр в налаживании не нуждается.
Авторы: С.Безруков, В.Артистов, Superior, USA