На світлодіодному індикаторі цього приладу показання поточного часу періодично змінюється на значення температури навколишнього середовища в місці розташування датчика - звичайного напівпровідникового діода. Пристрій не містить мікросхем, що вимагають програмування.
Принципова схема годин-термометра наведена на рис. 1. "Сервіс" частина побудована на широко відомих мікросхемах К176ИЕ18 (DD4) і К176ИЕ13 (DD6). Про принцип їх дії та особливості застосування можна прочитати, наприклад, в [1].
(натисніть для збільшення)
Основою термометра служить мікросхема КР572ПВ6 (DA4) - АЦП подвійного інтегрування, - багато в чому подібна добре відомим КР572ПВ2 і КР572ПВ5. Основні відмінності полягають у підвищеній точності перетворення напруги в код (4,5 десяткових розряду) і вихідних ланцюгах, розрахованих на підключення динамічного цифрового індикатора.
Двійково-десяткові коди цифр результату перетворення почергово з'являються на виходах В1, В2, В4, В8. Кожну цифру супроводжує високий логічний рівень на відповідному виході D1 (старший десятковий розряд, у даному приладі не використаний) - D5 (молодший розряд). Імпульси на виході STB відзначають моменти зміни цифр Логічний рівень на виході POL говорить про полярності результату: 1 - позитивна, 0 - негативна. Необхідні для роботи мікросхеми DA4 тактові імпульси частотою приблизно 120 кГц надходять на її вхід CLK від генератора на елементах DD2.3 і DD2.4.
На мікросхемі КР142ЕН19А (DA3) зібраний стабілізатор напруги 2,5 для вимірювальних ланцюгів термометра. Конденсатор С11 запобігає паразитне генерацію. За допомогою резистора R21 заданий струм (приблизно 0,14 мА) через датчик температури - діод VD12. Напруга на діоді, при незмінному струмі лінійно залежне від температури, надходить на вхід IN мікросхеми DA4. На її вхід IN+ з движка підлаштування резистора R26 подана напруга дорівнює напрузі на діоді VD12 при температурі 0 DC, - приблизно 600 мВ.
Зразкове напруга 200 мВ на вході Uref АЦП встановлюють підлаштування резистором R28. Саме такого значення (за абсолютною величиною) досягла б різниця потенціалів входів IN+ і IN - при температурі датчика ±100 °С. Практично інтервал вимірюваної температури становить -60…+99,9 °С.
Ланцюг R22C15 захищає вхід АЦП від перешкод і наведень. Конденсатор С19 призначений для зберігання зразкового напруги. Конденсатор С16 і резистор R39 - елементи інтегратора. Конденсатор С18 входить у ланцюг автоматичної корекції нуля АЦП. Діод VD12 звшунтирован конденсатором С13 для усунення наведень частотою 50 Гц, які здатні помітно спотворити показання. Про роботу такого термометра можна прочитати в [2].
Мікросхема К561ЛС2 (DD7) - чотири елемента І-АБО з загальними входами стробування - по черзі підключає до сайту індикаторів два джерела сигналів вибору розряду індикатори: виходи Т1 -Т4 мікросхеми DD4 в режимі індикації часу або виходи D2 D5 мікросхеми DA4 в режимі індикації температури. Сигнали з виходів елементів DD7 керують транзисторами VT8, VT10, VT13, VT14, по черзі включають індикатори HG1-HG4.
На входи DDI - перетворювача двійково-десяткового коду в семиэлементный - сигнали з виходів В1, В2, В4, В8, STB мікросхеми DA4 надходять через повторювачі мікросхеми DD8. До його перетворювача DD1) входів підключені і виходи мікросхеми DD6 Однак керуючий сигнал, який подається на вхід V DD6 і входи Е і Z DD8, дозволяє бути активними лише виходів однієї з цих мікросхем, переводячи виходи інший пасивне (высокоимпе-дансное) стан Пасивний стан виходів мікросхеми DD6 ніяк не позначається на процесі рахунку часу.
В результаті при лог. 1 на виводі 5 лічильника DD5 індикатори HG1-HG4 відображають температуру, а при лог. 0 - час. На вхід CN цього лічильника надходять секундні імпульси з виходу
51 мікросхеми DD4, тому через кожні 4 із рівень на виході 5, а з ним і режим індикації змінюються. При розмиканні контактів вимикача SA1 лічильник зупиниться в тому стані, в якому він перебував у момент розмикання. Замикання контактів вимикача SA1 відновить періодичну зміну режимів.
Через підсилювачі струму на транзисторах VT1 - VT7 вихідні сигнали перетворювача коду DD1 надходять на аноди індикаторів HG1-HG4. В режимі індикації температури "зайвий" старший розряд індикатора погашений надходять на вхід До перетворювача DD1 сигналом, сформованим елементом DD3.1. Сигнал з виходу елемента DD3.2 при негативній температурі включає індикатор HG1 елемент g - знак "мінус".
Елемент DD3.3 і транзистор VT11 керують світлодіоди HL1 і HL2. У режимі індикації температури обидва світлодіода погашені. В режимі індикації часу світлодіод HL2 блимає з частотою 1 Гц завжди, a HL1 - тільки при замкненому вимикачі SA1. Друга група контактів цього вимикача, замикаючи ланцюг випромінювача НА1, дозволяє подачу звукового сигналу спрацьовування будильника.
Так як вхід 12 мікросхеми DD8 з'єднаний із загальним проводом, в активному стані (в режимі індикації температури) високий логічний рівень з виходу 11 цієї мікросхеми через ключ на транзисторі VT12 включає на індикаторі HG3 елемент h - десяткова кома між розрядами одиниць і десятих часток градуса.
Резистори R48-R56 необхідні для збільшення напруги високого логічного рівня на виходах мікросхеми DA4. Резистори R3, R13-R16 - навантажувальні в ланцюгах виходів мікросхеми DD4 з відкритим джерелом.
Вузол живлення приладу складається з трансформатора Т1 і двох двухполупериодных випрямлячів. Один з них (на діодах VD3 і VD4) дає напругу +12 В для харчування анодних ланцюгів індикаторів HG1-HG4. З нього ж за допомогою інтегрального стабілізатора DA1 отримують напругу +5 В для живлення мікросхем приладу. З напруги другого випрямляча (на діодах VD5, VD6) з допомогою інтегрального стабілізатора DA2 отримують напругу -5 В, необхідне мікросхеми АЦП DA4.
В якості трансформатора Т1 можна застосувати будь-який мережевий з двома вторинними обмотками на 9 12 В при струмі навантаження не менше 300 мА. Мікросхеми DA1 і DA2 замінять будь інтегральні стабілізатори відповідно позитивного (наприклад, КР1157ЕН502А) і негативного (наприклад, КР1168ЕН5) напруги 5 Ст. Стабілізатор негативного напруги в крайньому випадку може бути параметричним на стабілітроні КС156А. Споживаний по ланцюгу -5 В струм не перевищує 3 мА.
Батарея резервного живлення GB1 - три гальванічні елементи типорозміру АА, з'єднаних послідовно. Вона призначена для підтримки ходу годинника в відсутність напруги. У цьому випадку напруга живлення від батареї надходить через діод VD13 тільки на "часові" мікросхеми DD4 і DD6. Щоб інші мікросхеми, залишені без харчування, не впливали на згадані, зв'язують їх ланцюга послідовно включені резистори R11, R43-R46, а резистор R31 в режимі резервного живлення підтримує низький логічний рівень на вході V мікросхеми DD6. Резистор R23 забезпечує підзарядку батареї GB1 при роботі від мережі.
Авторський примірник годин-термометра зібрано у пластмасовому корпусі годин радиоконструктора "Електроніка". Деталі встановлені на декількох платах з склотекстоліти і з'єднані в основному навісними ізольованими проводами. Доступ до осей підстроювальних резисторів R26 і R28 - через отвори в задній частині корпусу.
Замість зазначених на схемі світлодіодних індикаторів SC10-21YWA можна використовувати будь-які інші з загальним катодом, відповідні за розміром і кольором світіння. Світлодіоди HL1, HL2 розміщують в зазорі між індикаторами HG2 і HG3. В якості транзисторів VT8, VT10, VT13, VT14 можна застосувати будь-які кремнієві структури п-p-n з коефіцієнтом передачі струму не менше 180 і максимальним струмом колектора не менше 300 мА. При підборі заміни звертайте увагу і на залишкове напруга колектор - емітер в режимі насичення, помітно впливає на яскравість світіння індикаторів. У транзисторів КТ530А воно не перевищує 0,13 В.
Звуковий випромінювач НА1 - малогабаритний електромагнітний від імпортного будильника. Замість нього можна з успіхом використовувати динамічну головку з звуковою котушкою опором не менше 30 Ом.
Імпортні аналоги мікросхеми КР572ПВ6 - ICL7135 або TLC7135. Деякі примірники таких АЦП страждають "перекосом" характеристики - результати перетворення позитивного і рівного йому за абсолютною величиною негативного напруги трохи розрізняються (не рахуючи рівня на виході POL). Усувають перекіс за допомогою діод-резисторним ланцюга, підключеної, як показано на рис. 2.
Про налагодження часовий частини приладу детально розглянуті в [1]. А для калібрування термометра датчик температури (діод VD12) поміщають в танучий лід або сніг і підлаштування резистором R26 домагаються нульового показання на світлодіодному індикаторі. Якщо цього зробити не вдається, підбирають номінал резистора R25. Потім, опустивши датчик в гарячу воду з температурою, контрольованої зразковим термометром, резистором R28 встановлюють на індикаторі відповідне значення.
Яскравість світіння індикаторів HG1-HG4 і світлодіодів HL1, HL2 при необхідності можна збільшити або зменшити, підібравши номінали резисторів R4-R10, R30, R36.
На закінчення хотілося б поділитися досвідом установки датчика температури поза приміщення. Він повинен знаходитися якомога далі від вікон і стін будинку, добре обдуватися вітром, але бути прихованим від прямих сонячних променів. Найкраще місце - зовнішня частина огорожі балкона. Перпендикулярно до неї кріплять горизонтальний дерев'яний брусок перетином 30x30 мм і довжиною приблизно 500 мм. На віддаленому від балкона кінці бруска під кутом 30° встановлюють сонцезахисний козирок розмірами 300x300 мм з фанери товщиною не менш 10 мм. Під козирком на видалення 40…60 мм від центру його нижньої поверхні і розміщують діод VD12, попередньо помістивши його під вологозахисну капсулу відповідного об'єму, наприклад, з-під ліків. Отвір у капсулі, через яке виведені з'єднувальні дроти, слід герметизувати.
Література
Автор: Ст. Суворий, р. Гірничо-Алтайськ