Андрей Сахненко, г. Одесса
Экспериментируя с высокотемпературными технологиями, автор вывел из строя несколько ртутных термометров. Это послужило толчком к разработке и изготовлению цифрового термометра, как альтернативу ртутному. Описание этого термометра приведено в настоящей статье.
Основой измерительной части рассматриваемого цифрового термометра является микросхема MAX6675ISA, позволяющая измерять температуру до 1023°С. Управление цифровым термометром осуществляется микроконтроллером (МК) PIC16F690-I/ML.
Разработанный прибор имеет следующие основные характеристики:
- Диапазон измеряемых температур 0…1023°С.
- Ошибка измерения в диапазоне 0…700°С ±2°С.
- Ошибка измерения в диапазоне 700…1023°С ±4.25°С.
- Максимальный ток потребления <12 мА.
- Ток в «спящем» режиме 0.3 мкА.
В термометре использованы SMD-компоненты, что позволило разместить его в корпусе от брелока для автосигнализации (фото 1 и фото 2).
 |
 |
| Фото 1. | Фото 2. |
Принципиальная схема термометра показана на рис.1.
 |
| Рисунок 1. |
В качестве датчика температуры в приборе использована термопара К-типа.
Аналоговый сигнал от термопары усиливается и преобразуется в последовательный цифровой (двоичный) код в АЦП (аналого-цифровом преобразователе) DD1 типа MAX6675, который выполнен в корпусе SO-8. Этот код (в формате SPI™) обрабатывается в микроконтроллере DD2 типа PIC16F690 (в корпусе QFN-20). После этого измеренное значение температуры выводится на четырехразрядный семисегментный светодиодный индикатор с общими анодами (ОА) HG1 типа GNQ2841BD-11.
Микросхема 12-разрядного АЦП DD1 типа MAX6675ISA специализированная. Она разработана специально для преобразования сигнала от термопары К-типа в последовательный цифровой код. MAX6675ISA имеет встроенную схему автоматической компенсации температур холодных спаев такой термопары.
Напряжение питания этой МС лежит в пределах 3.0…5.5 В, но при тестах она показала свою работоспособность на пониженном напряжении до 2.5 В.
Максимальный ток потребления микросхемы MAX6675 не более 1.5 мА. Поэтому автор использовал в качестве источника питания этой МС один из портов МК, тем самым, обеспечив минимальный ток потребления в спящем режиме.
Напряжение питания MAX6675 подается на вывод 4 DD1, с вывода 15 МК DD2 через фильтр R6С1.
| Таблица 1. | ||||||||||||||||||||||||||
|
Назначение выводов МС DD1 MAX6675 приведено в табл.1, а назначение выводов DD2 PIC16F690-I/ML, с учетом записанной в этот МК программы, – в табл.2.
| Таблица 2. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Напряжение питания МК PIC16F690-I/ML при тактовой частоте 8 МГц лежит в диапазоне 2.0…5.5 В.
В качестве источника питания МК (и всей схемы) используется литиевый аккумулятор (3.7 В) без маркировки размером 30 × 25 × 6 мм.
Кнопка SB1 служит для включения или выключения термометра.
В термометр встроено USB зарядное устройство (ЗУ) для аккумулятора.
ЗУ построено на двух транзисторах: VT2 – силовой ключ управления зарядным током батареи, VT1 – его драйвер. Подбор зарядного тока, в зависимости от емкости применяемой батареи, производится подбором сопротивления резистора R4.
Если USB-кабель не подсоединен, то развязывающий диод VD2 отключает схему зарядки от батареи.
При подключении прибора к USB порту ПК, термометр автоматически включается в режим зарядки батареи и на индикаторе высвечивается текущее напряжение на ней.
Падение напряжения, снимаемое с индикатора включения USB ЗУ (HL1), через развязывающий диод VD1 поступает на вход RA2/AN2 микроконтроллера DD2. По величине этого напряжения МК определяет включено или выключено питание через разъем USB. Вторая функция входа RA2/AN2 – сканирование состояния (нажатия) кнопки SB1 «ON/OFF».
В процессе измерения температуры кнопкой SB1 можно переключать индикатор из режима индикации температуры в режим индикации напряжения батареи питания и наоборот.
При заряде аккумулятора, когда напряжение на нем достигнет 4.2 В, процесс зарядки отключится, а на индикаторе высветится надпись «FULL».
Для согласования уровней шины обмена данными, используются резисторы R7 и R8.
В приборе применена посегментная, динамическая индикация четырехразрядного индикатора. Время обновления индикации 4 мс. Низкое напряжение питания, позволило автору обойтись без токоограничивающих резисторов для HL1.
В своей конструкции автор попробовал использовать термопару от мультиметра DT-838, но при нагреве выше 600°С термометр переставал работать. Сначала причину этого искалась в программе, но при замене термопары той, что изображена на фото 1, термометр заработал нормально. Эта noname термопара К-типа была приобретена на радиорынке.
 |
 |
| Фото 3. | Фото 4. |
В схеме и на печатной плате устройства предусмотрена возможность внутрисхемного программирование (ICSP) МК. С этой целью на плате имеются три контактных площадки:
- Vpp – напряжение программирования;
- DATA – данные;
- CLK – синхронизация (тактовые импульсы).
Эти площадки подключены к выводам 1, 16 и 15 DD2 соответственно. При программировании (прошивке) МК DD2 к этим площадкам и корпусу припаиваются провода с выходов программатора. Для обеспечения обычного режима работы эти площадки соединяются каплей припоя (перемычкой) с рядом расположенными контактными площадками.
Устройство собрано на односторонней печатной плате размерами 32×47 мм (фото 3 и фото 4). Чертеж печатной платы показан на рис.2, а расположение деталей на ней – на рис.3.
 |
 |
| Рисунок 2. | Рисунок 3. |
Для калибровки схемы контроля напряжения батареи питания, необходимо:
- отпаять литиевый аккумулятор;
- установить перемычку J1, нанеся паяльником каплю припоя, соединив две соответствующие контактные площадки на печатной плате;
- подключить к плате калиброванный источник с напряжением 3.7 ±0.05 В.
При этом МК запишет в свою энергонезависимую память новое значение калибровочной константы. По окончанию записи будет высвечена надпись «Stor» (от англ. Storе – хранить).
После этого надо отключить источник калиброванного напряжения от платы, снять перемычку J1, убрав каплю припоя, и подключить литиевый аккумулятор. Термометр готов к работе.
Желающие повторить рассмотренную в этой статье конструкцию могут скачать чертеж печатной платы в формате программ Sprint-Layout 6.0 и файл прошивки (НЕХ-файл) с сайта издательства «Радиоаматор».
Купить MAX6675ISA на РадиоЛоцман.Цены
