Температура повітря є одним з важливих параметрів навколишнього середовища, істотно впливає на багато процесів життєдіяльності людини. Тому її постійний контроль створює безсумнівні зручності. Пропонований термометр призначений для використання всередині житлових приміщень і відрізняється рядом переваг:
- по-перше, він живиться від однієї пальчикової батарейки, яка не вимагає заміни протягом року (термометр зібраний успішно працює вже 8 місяців);
- по-друге, в ньому використовується цифровий датчик температури. При цьому досягається точність вимірювань порядку ±0,5°С. Цифровий датчик поставляється вже відкаліброваним, тому пристрій не вимагає ніякої додаткової настройки;
- по-третє, це підключення рідкокристалічного індикатора (РКІ) безпосередньо до мікроконтролера. В такому режимі споживаний індикатором струм становить близько 10 мкА, що сприятливо позначається на часі безперервної роботи від батареї.
Термометр (рис.1) складається з чотирьох функціональних блоків.
(натисніть для збільшення)
Температура вимірюється мікросхему DD1 типу МСР9803, виробленої фірмою Microchip. Вона містить в собі датчик температури і пристрій, що перетворює значення температури в цифровий код з роздільною здатністю 0,0625°С. Цей код зберігається в регістрах мікросхеми і може бути витребуваний мікроконтролером по інтерфейсу l2C. Резистори R1 і R2 служать для реалізації цього інтерфейсу. Робочий діапазон датчика температури - від -40 до +125 С, що істотно перекриває температурний діапазон використовуваного РКІ (від -10 до +50°С). Тому діапазон вимірювання термометра обмежений температурним діапазоном РКІ. Слід зазначити, що практично всі РКІ не працюють при низьких температурах без спеціального підігріву. Однак негативні температури досить рідкісні для житлових приміщень.
Температура вимірюється приблизно один раз на 8 с. В інший час і датчик мікроконтролер знаходяться в сплячому режимі (свідчення продовжують відтворюватись), що істотно знижує енергоспоживання. Цифровий код температури передається в мікроконтролер DD2 типу PIC16F916 для подальшої обробки і відображення на РКІ HG1 (модель VI-201 фірми Varitronix). РКІ має два розряду для індикації температури і дві десяткові крапки. Ліва точка не використовується, а права служить для поділу цілих і десятих часток градуса межах від 0 до +9,9°С.
Температура у межах від -9 до 0°С і від +10 до +50°С показується тільки як ціле число. Лівий розряд РКІ використовується для індикації знака мінус для негативних температур.
Як показує практика, визначення температури повітря з точністю до цілих часток градуса цілком достатня для більшості додатків. Це дозволяє застосувати широко поширені РКІ великого розміру для зручності зчитування показань.
Живлення пристрою від однієї пальчикової батарейки забезпечується перетворювачем напруги, виконаний на мікросхемі DA1 типу МАХ1724 фірми Maxim. Мікросхема МАХ1724 випускається в декількох варіантах на фіксовані вихідні напруги в межах 2...5 Ст. Нами застосовано її варіант на 5 В. довговічність батареї можна ще підвищити, використавши варіант мікросхеми на вихідну напруга 3 Ст. Сенсор, мікроконтролер та РКІ теж можуть працювати від такого напруги.
.Фільтруючі конденсатори С2 і C3 необхідні для нормальної роботи перетворювача, а конденсатор С1 служить для придушення високочастотних пульсацій перетворювача і запобігання самозбудження мікроконтролера. Відмінною особливістю перетворювача мікросхеми є відсутність випрямного діода, характерного для подібних схем. Цим досягається висока ефективність перетворювача. Дросель L1 індуктивністю 10...22 мкГн може бути практично будь-якої конструкції, так як споживаний від перетворювача струм дуже малий. Нами використаний малогабаритний дросель SRU5016-100Y фірми Bourns.
Друкована плата термометра розроблялася під мікросхему МАХ1724 в корпусі QFN. Всі інші елементи на платі також розраховані на SMD-MOH-таж (поверхневий). Резистори R1 і R2 можуть бути в корпусах 0806 або 1206. Танталові електролітичні конденсатори С2 і C3 - на робоче напругу 10 В, конденсатор С1 - керамічний, в корпусі 0806. Мікросхеми DA1 і DD1 - в корпусах SOT23-5 і S08 відповідно. Як DD1 можна використовувати датчик МСР9802. Він випускається в 5-вивідному корпусі SOT23-5 дещо менших розмірів. Ця заміна спричинить за собою невелику корекцію друкованої плати, однак ніяких змін в коді мікроконтролера не потрібно. Сам мікроконтролер може бути замінений на PIC16F914.
Друкована плата розроблена під мікросхему PIC16F916 в корпусі QFN і виготовлена з одностороннього фольгованого склотекстоліти розмірами 65x39 мм (рис.2) З зворотного боку плати встановлюються дві дротові перемички, показані на схемі розташування. Форма друкованої плати розрахована на установку в її стандартний корпус "JAL-1" розмірами 68x22x42 мм. В корпусі є два стовпчика для закріплення плати двома гвинтами, В бічній стінці корпусу, навпаки датчика температури, просвердлюється отвір 02 мм для поліпшення теплообміну.
Лицьова панель виконана з оргскла товщиною 2 мм і кріпиться чотирма гвинтами до відповідним стійок корпусу. На дні корпусу приклеєний тримач для батареї типу АА. Батарея підключається на платі до гнізд, позначеним "+" і "-". З-за малого споживання струму, вимикач живлення не передбачено.
При складанні термометра першим на плату слід встановити мікроконтролер. Монтаж його пайкою здійснюється гарячим повітрям. Після монтажу слід записати в нього програму, наведену в таблиці.
(натисніть для збільшення)
Для програмування можна використовувати будь програматор, що підключається через 5-провідний ICSP-кабель. Кабель тимчасово з'єднується з висновками контролера через гнізда установки РКД на платі. Довга друкована доріжка, підключена до висновку 26 (MCLR), призначена для зручності припаивания відповідного проводу ICSP-кабелю. Після програмування ця доріжка більше не використовується, і гніздо для підключення проводу залишається закритим панеллю РКІ.
Правильно зібраний термометр у налагодженні не потребує.
Автори: С. Безруков, Ст. Артистів, Superior, USA