ATmega8 ustidagi termometr va harorat sensori DS18B20. K tipidagi termojuftdagi yuqori harorat sozlagichi Termojuftli termometrning amaliy diagrammasi
Termojuft - o'lchash asboblari va avtomatlashtirish tizimlarida ishlatilishi mumkin bo'lgan harorat sensori turi. U ma'lum afzalliklarga ega: past narx, yuqori aniqlik, termistorlar va raqamli harorat sensori mikrosxemalar bilan solishtirganda keng o'lchov diapazoni, soddaligi va ishonchliligi. Shu bilan birga, termojuftning chiqish kuchlanishi kichik va nisbiydir va termojuft o'lchagichning sxemasi murakkabdir, chunki termojuftdan signalni aniq kuchaytirish va kompensatsiya pallasida qat'iy talablar mavjud. Bunday qurilmalarni ishlab chiqish uchun analog signalni o'zgartirish va qayta ishlash sxemasini birlashtirgan maxsus mikrosxemalar mavjud. Ushbu mikrosxemalardan foydalanib, siz sensor sifatida termojuftli juda ixcham harorat o'lchagichni qurishingiz mumkin (1-rasm).
Prinsiplar
Vikipediya termojuftning ishlash printsipini quyidagicha belgilaydi:
Ishlash printsipi Seebek effektiga yoki boshqacha qilib aytganda termoelektrik effektga asoslanadi. Bog'langan o'tkazgichlar o'rtasida kontakt potentsial farqi mavjud. Agar halqaga ulangan o'tkazgichlarning bo'g'inlari bir xil haroratda bo'lsa, bunday potentsial farqlarning yig'indisi nolga teng. Qo'shimchalar turli haroratlarda bo'lganda, ular orasidagi potentsial farq harorat farqiga bog'liq. Ushbu bog'liqlikdagi mutanosiblik koeffitsienti termo-EMF koeffitsienti deb ataladi. Turli metallar turli xil termo-emf koeffitsientlariga ega va shunga mos ravishda turli o'tkazgichlarning uchlari o'rtasida paydo bo'ladigan potentsial farq har xil bo'ladi. T1 haroratli muhitda mukammal termo-EMF koeffitsientlari bo'lgan metallarning birikmasini joylashtirish orqali biz T1 va T2 haroratlari farqiga proportsional bo'lgan boshqa haroratda joylashgan qarama-qarshi kontaktlar orasidagi kuchlanishni olamiz (2-rasm). ).
|
|
|
| 2-rasm. | |
Amaldagi materiallarga (sof metall yoki qotishma) qarab, bir necha turdagi termojuftlar mavjud. Bizning loyihamizda biz sanoat asboblari va asboblarida tez-tez ishlatiladigan K tipidagi termojuftdan (chromel-alumel) foydalanamiz. K tipidagi termojuftning chiqish kuchlanishi taxminan 40 mkV/°C ni tashkil qiladi, shuning uchun kirishda kichik kuchlanish ofsetiga ega signalni kuchaytirish davri talab qilinadi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, termo-emf sovuq va issiq birikma o'rtasidagi harorat farqiga mutanosibdir. Bu shuni anglatadiki, sovuq ulanish harorati haqiqiy issiq ulanish haroratini hisoblash uchun ma'lum bo'lishi kerak. Buni amalga oshirish uchun sizga o'lchangan termo-EMFga avtomatik ravishda tuzatish kiritadigan sovuq birikma kompensatsiya sxemasi kerak bo'ladi (3-rasm).
Termojuft yordamida harorat qiymatini olish uchun sizga analog sxemalar kerak bo'ladi, masalan, aniq op-amp va sovuq ulanishni qoplash davri. Biroq, o'rnatilgan termojuft interfeysi bilan bir nechta ixtisoslashtirilgan mikrosxemalar mavjud. Ushbu chiplar yuqoridagi analog sxemalarni birlashtiradi va dizaynni sezilarli darajada soddalashtiradi. Bizning holatlarimizda biz kompaniyadan MAX31855 chipini tanladik. U analog sxema va analog-raqamli konvertorni o'z ichiga oladi, shuning uchun mikrosxemaning chiqishida biz raqamli ma'lumotlarni olamiz. Mikrosxemani sotib olishdan oldin, qurilmada ishlatiladigan termojuft turini oldindan aniqlash kerak.
MAX31855 chipining asosiy xususiyatlari:
- Haroratni o'lchash diapazoni: -270 °C dan +1800 °C gacha;
- Ruxsat: 14 bit, qadam 0,25 °C;
- Oddiy SPI-mos interfeys (ma'lumotlarni o'qish rejimi);
- Termojuft mos yozuvlar birikmasi kompensatsiya sxemasi;
- Quvvat avtobusiga va umumiy avtobusga termojuft simlarining qisqa tutashuvini aniqlash davri;
- O'lchov pallasida uzilishni aniqlash sxemasi;
- K, J, N, T va E turdagi termojuftlar uchun versiyalar;
- 8 pinli paket.
Sovuq birikmaning kompensatsiyasi chipga o'rnatilgan harorat sensori yordamida amalga oshiriladi, shuning uchun hisoblagichni yig'ishda muhim shartlardan biri chipni to'g'ridan-to'g'ri termojuft ulagichining yoniga qo'yishdir. Muhim shart bu qurilmani tashqi issiqlikdan izolyatsiya qilishdir. Ulanish uchun biz 4-rasmda ko'rsatilgan ulagichdan foydalandik. Boshqa turdagi ulagichlardan foydalanish mumkin.
Harorat o'lchagichning sxematik diagrammasi 5-rasmda ko'rsatilgan.
Qurilmaning yuragi AVR mikrokontrolleridir. MAX31855 chipi mikrokontrollerga SPI interfeysi orqali ulanadi.
Quvvat manbai sifatida 1,5 V kuchlanishli LR1 batareyasi ishlatiladi, mikrokontroller va termojuft interfeysi chipini quvvatlantirish uchun XC9111 seriyali chipiga asoslangan, 3,0 V chiqish kuchlanishini ta'minlaydigan kuchaytiruvchi DC/DC konvertor sxemasi qo'llaniladi. Mikrokontroller quvvatni boshqaradi va batareyaning kuchlanishini nazorat qiladi.
Elektr ta'minoti uchun 1,5 V batareya ishlatilganligi sababli, ma'lumotlarni ko'rsatish uchun raqamli harorat o'lchash qurilmalarida qo'llaniladigan TWV1302W segmentli statik LCD indikatoridan foydalanish maqbuldir (6-rasm). Ushbu indikatorning ish kuchlanishi 3 V. Ishlash kuchlanishi 5 V bo'lgan indikatordan foydalanilganda, qo'shimcha kuchlanish konvertori davri kerak bo'ladi (7-rasm). Ko'rsatkichlarni boshqarish funktsiyalari mikrokontroller tomonidan amalga oshiriladi. Ushbu yechim bilan qurilma tomonidan iste'mol qilinadigan oqim 4 mA bo'ladi va batareya kamida 100 soat davom etadi.
|
|
Men laminatorimga termometrni, K tipidagi termojuftli termometrni kiritishga qaror qildim. Men uchun yanada ma'lumotli bo'lishi uchun, men bunday qurilmada faqat ikkita LED "POWER" va "READY" yonib turganida, radio havaskor hobbi qanoatlanmasligiga ishonaman. Tafsilotlarim uchun sharfni tartibga solaman. Har holda, uni yarmini kesish qobiliyati bilan (bu ko'p qirrali). Darhol tiristorda quvvat qismi uchun joy bor, lekin hozircha men bu qismdan foydalanmayapman, bu mening lehim temirining sxemasi bo'ladi (termojuftni uchiga qanday ulash kerakligini tushunganimda)
Laminatorda etarli joy yo'q (mexanizmlar juda qattiq joylashgan, siz Xitoyda bilasiz), men kichik etti segmentli indikatordan foydalanaman, lekin bu hammasi emas, butun taxta ham mos kelmaydi, bu erda ko'p qirrali. taxtasi qulay bo'ladi, men uni yarmiga kesib tashladim (agar siz ulagichdan foydalansangiz, yuqori qismi ur5kby maslahatlari bo'yicha ko'plab ishlanmalarga mos keladi.)
Men uni o'rnatdim, avval forumda aytilganidek qilaman, termojuftda lehim qilmayman, men 400 ni qo'ydim (garchi bu parametr xotirada bo'lsa, bu element yo'qoladi), o'zgaruvchilarni taxminan xona haroratiga o'rnatdim va aniq qaynash nuqtasiga,
Bunday tekshirgich nazariy jihatdan 999 ° S gacha ishlaydi, lekin uyda bunday haroratni topish ehtimoldan yiroq emas, eng ko'p ochiq olovdir, lekin bu issiqlik manbai kuchli chiziqli bo'lmagan va tashqi sharoitlarga nisbatan sezgirlikka ega.
bu erda namuna jadvali.
va aniqlik uchun
Shunday qilib, kontroller ko'rsatkichlarini sozlash uchun manba tanlashda kam tanlov mavjud.
Endi tugmalar bilan o'ynashning hojati yo'q, hamma narsani yig'ish mumkin,
Men xitoylik testerdan termojuftdan foydalandim. Va forumdagi xabar menga bu termojuftni ko'paytirish mumkinligini maslahat berdi, uning uzunligi deyarli yarim metr, men 2 sm kesib tashladim.
Men transformatorni ko'mir bilan burish orqali yasayman, u to'p bo'lib chiqadi va simlarimni yaxshi lehimlash uchun ikkala uchi ham xuddi shunday mis sim bo'ylab.
MK da. Uning yuragi PIC16F628A mikrokontrolleridir. Termometr sxemasi umumiy anodli 4 raqamli yoki 2 + 2 LED ko'rsatkichidan foydalanadi. Amaldagi harorat sensori DS18B20 turi bo'lib, mening holimda sensor ko'rsatkichlari 0,5 * S aniqlik bilan ko'rsatiladi. Termometrda -55 dan +125 * S gacha bo'lgan haroratni o'lchash chegaralari mavjud, bu barcha holatlar uchun etarli. Termometrni quvvatlantirish uchun 13001 tranzistorli IP-da mobil telefondan oddiy zaryadlovchi ishlatilgan.
PIC16F628A mikrokontrolleridagi termometrning sxematik diagrammasi:
PIC16F628A proshivkasini o'chirish uchun men ProgCode dasturidan foydalandim, uni kompyuterga o'rnatdim va ProgCode dasturchisini taniqli sxema bo'yicha yig'dim:
Amaldagi mikrokontrollerning pinlarini belgilash va boshqa shunga o'xshash MKlarning pinoutlari:
ProgCode dasturi va bosqichma-bosqich dasturiy ta'minot fotosuratlari bilan ko'rsatmalar forumdagi arxivda. Ushbu sxema uchun zarur bo'lgan barcha fayllar ham mavjud. Dasturda "hamma narsani yozib olish" tugmachasini oching va mening ishlab chiqarilgan qurilmamda, fotosuratlardan ko'rinib turibdiki, bir vaqtning o'zida 2 ta termometr bir vaqtning o'zida yig'ilgan, yuqori ko'rsatkich uydagi haroratni, pastki ko'rsatkichni ko'rsatadi. Tashqaridagi haroratni ko'rsatadi, u xonaning istalgan joyiga joylashtiriladi va ekrandagi moslashuvchan sim bilan sensorga ulanadi: [)eNiS tomonidan taqdim etilgan.
Termojuftlar yuqori haroratni aniq o'lchash zarur bo'lgan joylarda keng qo'llaniladi, t2500 ° S gacha bo'lgan harorat. Ya'ni, raqamli sensorlar haddan tashqari qizib ketishdan darhol nobud bo'ladigan joylarda termojuftlar ishlatiladi. Termojuftlarning bir nechta turlari mavjud, ammo ularning arzonligi va issiqlik quvvatining deyarli chiziqli o'zgarishi tufayli eng ko'p qo'llaniladigan xromel-alumel (K tipi) termojuftlardir. Ushbu turdagi termojuftlar haroratni nazorat qiluvchi suv isitgichlariga va boshqa uy jihozlariga o'rnatiladi, ular bu termojuftlar yordamida metallni eritishda haroratni nazorat qilish uchun keng qo'llaniladi, lehim stantsiyasida uchining isishi nazorat qilinadi; Shuning uchun ular bilan yaqinroq tanishish juda foydali bo'ladi.
Termojuft - bu turli metallardan yasalgan va umumiy aloqa nuqtasiga (birikma) ega bo'lgan ikkita o'tkazgich. Ushbu aloqa nuqtasida potentsial farq paydo bo'ladi. Ushbu potentsial farq termoenergiya deb ataladi va to'g'ridan-to'g'ri ulanish nuqtasi joylashgan haroratga bog'liq. Metalllar shunday tanlanadiki, issiqlik quvvatining isitish haroratiga bog'liqligi imkon qadar chiziqli bo'ladi. Bu haroratni hisoblashni soddalashtiradi va o'lchash xatolarini kamaytiradi.
Shunday qilib, keng qo'llaniladigan xromel-alumel termojuftlari o'lchangan haroratning barcha diapazonida o'qishning ancha yuqori chiziqliligi va barqarorligiga ega.
Quyida kromel-alumel termojuftlari (K turi) uchun olingan issiqlik quvvatining ulanish haroratiga bog'liqligini ko'rsatadigan grafik keltirilgan (maqolaning oxirida yuqori aniqlikdagi grafikga havola bo'ladi):
Shunday qilib, termoenergiya qiymatini kerakli koeffitsientga ko'paytirish va jadval qiymatlari va yaqinlashish bilan bezovta qilmasdan haroratni olish kifoya - butun o'lchov diapazoni uchun bitta koeffitsient. Juda oddiy va tushunarli.
Ammo termojuftni mikrokontrollerga ulash haqida savol tug'iladi. Termojuft chiqishida kuchlanish mavjud bo'lsa, biz ADC dan foydalanamiz, ammo termojuft chiqishidagi potentsial farq hech narsani aniqlash uchun juda kichik. Shuning uchun, birinchi navbatda, masalan, operatsion kuchaytirgich yordamida uni oshirish kerak.
Keling, standart teskari bo'lmagan operatsion kuchaytirgich sxemasini olaylik:
Kirish va chiqish kuchlanishlarining nisbati oddiy formula bilan tavsiflanadi:
V tashqariga/Vin = 1 + (R2/R1)
Signalning kuchayishi R1 va R2 teskari aloqa rezistorlarining qiymatlariga bog'liq. Signalni kuchaytirish miqdori mos yozuvlar kuchlanishi sifatida ishlatilishini hisobga olgan holda tanlanishi kerak.
Aytaylik, mikrokontrollerning besleme kuchlanishi mos yozuvlar sifatida 5V. Endi biz o'lchaydigan harorat oralig'i haqida qaror qabul qilishimiz kerak. Men o'lchov chegarasini 1000 ° S deb oldim. Ushbu harorat qiymatida termojuftning chiqishi taxminan 41,3 mV potentsialga ega bo'ladi. Ushbu qiymat ADC kirishida 5 voltlik kuchlanishga mos kelishi kerak. Shuning uchun, op-amp kamida 120 daromadga ega bo'lishi kerak. Natijada, quyidagi sxema tug'ildi:
Mening omborimda mikrofon uchun oldindan kuchaytirgich sifatida yig'ilgan ushbu opamp bilan uzoq yig'ilgan taxtani topdim, shuning uchun men undan foydalandim:
Ikki qatorli displeyni mikrokontrollerga ulash uchun men blogboardda quyidagi diagrammani yig'dim:
Termojuft ham uzoq vaqt ishlamay qoldi - u mening multimetrim bilan birga keldi. Birlashma metall gilzada yopilgan.
Termojuft bilan ishlash uchun Bascom-AVR kodi:
$regfile
= "m8def.dat"
$kristal
=
8000000
Xira
V SifatidaButun son
"ikki qatorli displeyni ulash
Konfiguratsiya
Lcdpin = Pin, Rs = Portb. 0, E = Port. 7, Db4 = Port. 6, Db5 = Port. 5, Db6 = Port. 7, Db7 = Portb. 6
Konfiguratsiya
LCD=
16
*
2
Kursor
Oʻchirilgan
Cls
"taymer uzilishi orqali ADC dan qiymatni o'qish
Konfiguratsiya
Taymer 1=
Taymer, Oldindan o'lchov = 64
Yoniq
Taymer 1 Acp
"ADC konfiguratsiyasi
Konfiguratsiya
adc = Yagona, Prescaler = Avtomatik , Reference = Avcc
Yoqish
Uzilishlar
Yoqish
Taymer 1
Do
Cls
Rem harorati:
LCD
"Tejẑepaíípa:"
Pastki chiziq
LCD
V
Kutishlar
200
Loop
"ADC bilan ishlash
Acp:
Boshlash
Adc "ADC ni ishga tushiring
V=
Getadc(1
)
V= W/1. 28 "Biz o'lchovlarni haqiqiy haroratga moslashtiramiz
Qaytish
Oxiri
So'nggi paytlarda turli xil pastga tushirish, ko'tarish, zaryadlash va boshqarish modullaridan tez-tez foydalanish tufayli keng o'lchov diapazoniga ega bo'lgan termometrga ehtiyoj paydo bo'ldi. Mavjud multimetrda haroratni o'lchash funktsiyasi yo'qligi sababli, men alohida qurilma sotib olish haqida o'yladim. Men darhol daldırma termometrlarini rad etdim - ular juda inertial. Pirometrlar, garchi ular haroratni masofadan o'lchashga imkon bersa ham, ularning narxiga to'sqinlik qiladi va sifat bilan porlamaydi. Hech bo'lmaganda mening qo'limga kelganlar ta'sirli emas edi.
Qidiruv natijasida 3,99 dollarga TM 902C elektron termometriga buyurtma berildi. 
Aliexpress-da shunga o'xshash juda ko'p qurilmalar mavjud, ammo men quyidagi sabablarga ko'ra bunga qaror qildim:
- qo'shimcha funktsiyalarsiz yuqori ixtisoslashtirilgan qurilma;
- keng o'lchov diapazoni;
- qurilma yuqori o'lchov chegarasi 750 daraja Selsiy bo'lgan TR-02 termojufti bilan jihozlangan. 
Termometrning yana bir modifikatsiyasi mavjud - ikkita AAA elementi bilan ishlaydi, lekin o'lchov chegarasi 350 (ba'zi manbalarga ko'ra 400) daraja bo'lgan TP01 termojufti bilan to'ldiriladi. Men TP02 termojuftini alohida sotib olishning hech qanday ma'nosini ko'rmadim va Kronadan elektr ta'minotiga ko'z yumdim.
Ishlab chiqaruvchi va sotuvchi bizga hammamiz tushunadigan tildagi ko'rsatmalarga muvofiq nima deyishadi)? 
Garchi kamchiligimiz tilni tushunsak ham, texnik jihatdan savodli bo'lgan bir nechta odam ushbu qurilmani tushunishi mumkin:
- 24 * 72 * 108 o'lchamlari bilan
- 9 voltdan quvvatlanadi (Krona, 9F22);
- nisbiy namlik ≤ 75%;
- -50 dan 1300 darajagacha bo'lgan haroratni o'lchashga qodir (ko'rsatmalarga muvofiq 1370);
- mos keladigan diapazondagi K tipidagi termojuftlar bilan ishlaydi. 
Ko'rsatmalardagi ma'lumotlarga ko'ra, qurilma xatolari quyidagicha (Selsiy bo'yicha):
– 40 dan – 20 gacha: -± 3 daraja;
-20 dan – 0 gacha: -± 2 daraja;
0 dan 500 gacha: -± 0,75-1 daraja;
500 dan 750 gacha: -± 1%;
750 dan 1000 gacha va 1000 dan 1370 gacha: aniq talqin qila olmadi.
Eng keng tarqalgan termojuftlar TP01 va TP02 bo'lib, mos ravishda -50 dan 350 (400) va -50 dan 750 darajagacha bo'lgan diapazonlarga ega.
Sotib olayotganda, sotuvchiga to'plamga qanday termojuft kiritilishi haqida savol berildi.
Termometrning -50 dan 750 darajagacha bo'lgan haroratni o'lchashiga kafolatlar olindi, ya'ni. To'plamga TP02 probi kiradi, bu keyingi sinovlar bilan tasdiqlangan.
Tashqi tomondan, qurilma juda ehtiyotkorlik bilan qilingan, quyma yuqori sifatli. 
Batareya va termojuft bilan og'irlik 
Orqa qopqoq ikkita vint bilan mahkamlangan. Kengash ham xuddi shu vintlar bilan mustahkamlangan - oddiy, ishonchli va iqtisodiy.
Displey taxtaga ikkita vint va ikkita mandal bilan mahkamlangan. 
Ko'rish burchaklari keng.
Ichkarida korpusni quyish unchalik puxta emas, bu juda muhim emas. 
Kengash getinaxdan qilingan.
Kengashning to'rt uchidan birini qayta ishlash sifati (qurilmaning narxini unutmang) 
1,9 dyuymli displey plataga o'tkazuvchan kauchuk tarmoqli orqali ulangan, shuning uchun men ekranni olib tashlamadim - buning iloji yo'q va keyin uni to'g'ri qo'ying. 
Korpusga vintlar bilan mahkamlash uchun ekranning chetida ko'zoynaklar mavjud - bu holda bunday mahkamlash sxemasi qo'llanilmaydi.
Oqimning engil izlari bor, lekin menimcha, bu hech qanday tarzda ishlashga ta'sir qilmaydi. 
Ko'rib turganingizdek, doskada deyarli hech qanday elementlar yo'q - ehtimol ekran ostida blob mikrosxema yashiringan bo'lib, u zonddan signalni qayta ishlash, hisob-kitoblarni amalga oshirish va ekranda ma'lumotlarni ko'rsatish uchun javobgardir.
Qurilmaning ichki dunyosini o'rganib chiqib, men dala sinovlariga o'tdim.
Avvaliga men o'qishni solishtirish uchun suvga cho'mgan oshxona termometridan va xona termometridan foydalanardim. Yopiq o'yin uzoq vaqt davomida ishonchni uyg'otmadi va keyinchalik musobaqa dasturidan chetlashtirildi.
Muzlatgich muzlatgichi 
Muzlatgichdan olib tashlangandan so'ng darhol suv ostidagi 0,2 daraja pastroq ko'rsatdi, lekin kuzatilayotgan ob'ekt haroratining o'zgarishiga va suv ostidagi termometrning inertsiyasiga tez reaktsiyasi tufayli bir vaqtning o'zida suratga olish mumkin emas.
Ochiq havoda 
Veranda 
Xona 
Issiq suv 
Suvning qaynash nuqtasi 
Keyinchalik, issiqlik manbai sifatida lehim dazmollari ishlatilgan. Immersion termometr endi ishlatilmaydi, chunki uni nuqtali issiqlik manbaiga ulash qiyin va butun tanani isitish qiyin. 
Oxirgi fotosuratda isitish elementining harorati 400 darajadan yuqori ekanligini ko'rsatadi, bu to'plamda aslida TP02 termojufti mavjudligini ko'rsatadi.
Sinovlar davomida termojuft shnurining shisha tolali o'rni biroz shikastlangan - u gaz plitasining alangasiga tushib ketgan. Biroq, bu ham sinov deb hisoblanishi mumkin - u yoqilmagan, faqat rangi biroz o'zgargan. 
Afzalliklarga quyidagilar kiradi:
- qurilmaning tor ixtisoslashuvi;
- munosib ko'rinish va mahorat;
- TP02 termojufti bilan to'la;
- Menimcha, etarli o'lchov aniqligi va shu tufayli o'lchovlarning keng doirasi mavjud;
Men 9 voltli quvvat manbai va termojuft himoya qopqog'ining yo'qligidan tashqari, hech qanday salbiy tomonlarini topmadim.
