Zrób to sam: Termometr elektroniczny zrób to sam. Sterownik wysokiej temperatury wykorzystujący termoparę typu K. Temperaturę mierzymy za pomocą elektroniki obwodu.
Termometr na ATmega8 i czujnik temperatury DS18B20
Obwód termometru dla ATmega8 i DS18B20
Termometr cyfrowy DS18B20
Siedmiosegmentowy wskaźnik LED
Algorytm programu termometru
Program termometru cyfrowego dla DS18B20
Schemat i program są bardzo proste termometr cyfrowy za pomocą mikrokontrolera ATmega8 i czujnik temperatury DS18B20. Termometr umożliwia pomiar temperatury od 0 do 99 stopni z dokładnością do 0,5 stopnia z rozdzielczością 0,1 stopnia
Termometr ma bardzo prostą charakterystykę i może być używany wyłącznie jako termometr do pomiaru temperatury „pokojowej”. Używanie w tym projekcie mikrokontrolera z 8 kilobajtami pamięci jest oczywiście marnotrawstwem; można zastosować prostszy mikrokontroler. Ale chodzi o to, że ta konstrukcja jest podstawą do dalszego rozwoju projektu z wykorzystaniem cyfrowego czujnika temperatury DS18B20. W kolejnym artykule zostanie opublikowany projekt kolejnego termometru - na dwóch czujnikach DS18B20, który umożliwi pomiar temperatury nie tylko w pomieszczeniu, ale także „za burtą”. Naturalnie dodana zostanie możliwość pomiaru ujemnych temperatur. W przyszłości do projektu zostanie dodana funkcja termostatu, zegar i możliwość pracy z różnymi obciążeniami, co umożliwi złożenie prostej konstrukcji - podstawy „inteligentnego domu”. Cóż, dzisiaj jest pierwszy artykuł z tej serii.
Obwód termometru oparty na czujniku temperatury ATmega8 i DS18B20
Spójrzmy na schemat termometru:
Jak widać obwód jest bardzo prosty, wykorzystuje się tylko niezbędne minimum części.
Obwód wykorzystuje siedmiosegmentowy, trzycyfrowy wskaźnik LED do wskazywania odczytów.
Projektowe napięcie zasilania
- 5 woltów. Jeżeli zastosujesz mikrokontroler z zasilaniem niskonapięciowym, to możesz obniżyć napięcie zasilania konstrukcji, ale w tym przypadku konieczne może być zmniejszenie wartości rezystancji tłumiących w segmentach wskaźnika. Można przyjąć przybliżone wartości rezystancji:
- przy zasilaniu 5 woltów - 200-300 omów
- przy zasilaniu 2,7 - 3 woltów - 100-150 omów
Tranzystory- dowolne konstrukcje NPN małej mocy.
czujnik temperatury
-DS18B20
Wskaźnik siedmiosegmentowy
- dowolny trzybitowy ze wspólną katodą. Jeśli chcesz zastosować inne, ze wspólną anodą, to będziesz musiał wymienić tranzystory na PNP i wprowadzić zmiany w programie (wymienić tablicę kodów binarnych do wyświetlania liczb na wskaźniku). Użyłem czerwonego wskaźnika świecenia i jednocześnie do kolejnego schematu przygotowałem ten sam, ale z niebieskim kolorem świecenia.
Części termometru na mikrokontroler ATmega i DS18B20
Układ pinów mikrokontrolera ATmega8:
Trzycyfrowy wskaźnik siedmiosegmentowy FYT-5631AUR-21:
Czujnik temperatury DS18B20:
Tranzystory BC547C:
Algorytm programu termometru na ATmega i DS18B20
Wszystkie ustawienia mikrokontrolera są ustawieniami fabrycznymi, bitów FUSE nie trzeba dotykać.
Do obsługi programu wykorzystywane są dwa timery/liczniki mikrokontrolera:
—ośmiobitowy T0
— szesnastobitowy T1
Używając ośmiobitowy timer T0 skonfigurowany do wywoływania przerwania przepełnienia, z częstotliwością wewnętrzną CK/8 (okres 2 milisekundy), jest zorganizowany:
— obliczenie aktualnej temperatury
— dynamiczne wyprowadzanie wyników pomiaru temperatury czujnikiem DS18B20
Używając szesnastobitowy timer T1 skonfigurowany do wywoływania przerwania przepełnienia z częstotliwością wewnętrzną CK/64 (okres 4 sekundy) w zorganizowany sposób:
— wysłanie polecenia do czujnika DS18B20 w celu pomiaru temperatury
— odczytanie zmierzonej temperatury z czujnika
W zasadzie można zastosować jeden ośmiobitowy timer/licznik, również skonfigurowany do wyzwalania przerwania z powodu przepełnienia, o częstotliwości wewnętrznej CK/8 i organizować całe działanie obwodu podczas przetwarzania przerwania. Ale faktem jest, że nie ma to sensu – czujnik DS18B20 potrzebuje nieco mniej niż 1 sekundę (przy rozdzielczości 12 bitów) na przeliczenie (wyznaczenie) temperatury, czyli nie będziemy mogli więcej zaktualizować danych temperaturowych niż raz na sekundę. Ponadto tak częste aktualizacje temperatury doprowadzą do nagrzania czujnika i, co za tym idzie, do zniekształcenia rzeczywistych danych. Zastosowanie drugiego licznika pozwala na osobne ustawienie przedziałów czasowych pomiaru temperatury.
Tak wygląda główna część programu w Algorithm Builder:
Gdzie:
— SP— ustawienie adresu początkowego stosu
— Zegar 0— ustawienie timera T0:
— Zegar 1— ustawienie timera T1:
— TIMSK— ustawienie przerwań od timerów:
— Init_Display— podprogram do ustawiania bitów portów biorących udział w dynamicznym wskazywaniu wyjściowych danych na trzycyfrowy wskaźnik siedmiosegmentowy
— 1 —> I- globalne włączenie przerwań
Jeśli masz jakieś pytania, jeśli coś jest niejasne, lub masz pytania dotyczące programu, napisz, a ja odpowiem.
(2,4 KiB, 7012 odsłon)
Seria artykułów na temat pomiaru temperatury za pomocą kontrolerów Arduino byłaby niepełna bez opowieści o termoparach. Poza tym nie ma czym innym mierzyć wysokich temperatur.
Termopary (przetworniki termoelektryczne).
Wszystkie czujniki temperatury z poprzednich lekcji umożliwiały pomiar temperatury w zakresie nie szerszym niż – 55 ... + 150 °C. Do pomiaru wyższych temperatur najpopularniejszymi czujnikami są termopary. Oni:
- posiadają wyjątkowo szeroki zakres pomiaru temperatury -250…+2500°C;
- można skalibrować w celu uzyskania wysokiej dokładności pomiaru, aż do błędu nie większego niż 0,01 °C;
- zazwyczaj mają niską cenę;
- uważane są za niezawodne czujniki temperatury.
Główną wadą termopar jest potrzeba dość złożonego precyzyjnego miernika, który musi zapewniać:
- pomiar niskich wartości termo-EMF o górnej wartości w zakresie dziesiątek, a czasem nawet jednostek mV;
- kompensacja termo-EMF zimnego złącza;
- linearyzacja charakterystyk termopary.
Zasada działania termopar.
Zasada działania tego typu czujnika opiera się na efekcie termoelektrycznym (efekt Seebecka). Dlatego inną nazwą termopary jest konwerter termoelektryczny.
W obwodzie powstaje różnica potencjałów pomiędzy połączonymi różnymi metalami. Jego wartość zależy od temperatury. Dlatego nazywa się to termo-EMF. Różne materiały mają różne wartości termicznego emf.
Jeśli w obwodzie złącza (połączenia) różnych przewodników są połączone w pierścień i mają tę samą temperaturę, wówczas suma termo-EMF jest równa zeru. Jeżeli złącza przewodów mają różne temperatury, wówczas całkowita różnica potencjałów między nimi zależy od różnicy temperatur. W rezultacie dochodzimy do projektu termopary.
Dwa różne metale 1 i 2 tworzą w jednym punkcie złącze robocze. Złącze robocze umieszcza się w miejscu, w którym należy zmierzyć temperaturę.
Zimne złącza to punkty, w których metale termopary łączą się z innym metalem, zwykle miedzią. Mogą to być listwy zaciskowe przyrządu pomiarowego lub miedziane przewody komunikacyjne do termopary. W każdym przypadku należy zmierzyć temperaturę zimnego złącza i uwzględnić ją w obliczeniach zmierzonej temperatury.
Główne typy termopar.
Najszerzej stosowane termopary to XK (chromel – copel) i XA (chromel – alumel).
| Nazwa | Oznaczenie NSKh | Materiały | Zakres pomiarowy, °C | Czułość, µV/°C, (w temperaturze,°C) | Termo-EMF, mV, w temperaturze 100 °C |
| THC (chromel-copel) | L | Chromel, kopel | - 200 … + 800 | 64 (0) | 6,86 |
| TCA (chromel-alumel) | K | Chromel, alumel | - 270 … +1372 | 35 (0) | 4,10 |
| TPR (platyna-rod) | B | Platynorod, platyna | 100 … 1820 | 8 (1000) | 0, 03 |
| TVR (wolfram-ren) | A | Wolfram-ren, wolfram-ren | 0 … 2500 | 14 (1300) | 1,34 |
Jak w praktyce mierzyć temperaturę za pomocą termopary. Technika pomiaru.
Nominalną charakterystykę statyczną (NSC) termopary podano w formie tabeli z dwiema kolumnami: temperaturą złącza roboczego i termoemf. GOST R 8.585-2001 zawiera NSCH termopar różnych typów, określonych dla każdego stopnia. Można pobrać w formacie PDF pod tym linkiem.
Aby zmierzyć temperaturę za pomocą termopary, wykonaj następujące kroki:
- zmierzyć termo-EMF termopary (Etotal);
- zmierzyć temperaturę zimnego złącza (T zimnego złącza);
- Korzystając z tabeli NSH termopary, określ termo-EMF zimnego złącza na podstawie temperatury zimnego złącza (E zimne złącze);
- określić termo-EMF złącza roboczego, tj. dodać pole elektromagnetyczne zimnego złącza do całkowitego termo-EMF (złącze robocze E = E całkowite + E złącze zimne);
- Korzystając z tabeli NSH, określ temperaturę złącza roboczego za pomocą termo-EMF złącza roboczego.
Oto przykład, jak zmierzyłem temperaturę grotu lutownicy za pomocą termopary TXA.
- Dotknąłem złączem roboczym grotu lutownicy i zmierzyłem napięcie na zaciskach termopary. Wynik wyniósł 10,6 mV.
- Temperatura otoczenia, tj. temperatura zimnego złącza wynosi około 25°C. Pole elektromagnetyczne złącza zimnego z tabeli GOST R 8.585-2001 dla termopary typu K w temperaturze 25 °C wynosi 1 mV.
- Termiczne pole elektromagnetyczne złącza roboczego wynosi 10,6 + 1 = 11,6 mV.
- Temperatura z tej samej tabeli dla 11,6 mV wynosi 285 °C. To jest zmierzona wartość.
Musimy zaimplementować tę sekwencję działań w programie termometru Arduino.
Termometr Arduino do pomiaru wysokich temperatur z wykorzystaniem termopary typu TXA.
Znalazłem termoparę TP-01A. Typowa, szeroko stosowana termopara TCA z testera. Tego właśnie użyję w termometrze.
Parametry podane na opakowaniu to:
- typ K;
- zakres pomiarowy – 60 … + 400°C;
- Dokładność ±2,5% do 400°C.
Zakres pomiarowy oparty jest na kablu z włókna szklanego. Istnieje podobna termopara TP-02, ale z sondą o długości 10 cm.
TP-02 ma górną granicę pomiaru wynoszącą 700°C. Opracujemy więc termometr:
- dla termopary typu TXA;
- o zakresie pomiarowym – 60 … + 700°C.
Po zapoznaniu się z programem i schematem urządzenia można stworzyć miernik do termopar dowolnego typu o dowolnym zakresie pomiarowym.
Pozostała funkcjonalność termometru jest taka sama jak urządzeń z trzech poprzednich lekcji, łącznie z funkcją rejestracji zmian temperatury.
Kategoria: . Możesz dodać go do zakładek.Postanowiłem włożyć do laminatora termometr, termometr z termoparą typu K. Aby było to dla mnie bardziej pouczające, uważam, że radioamator hobbystyczny nie może być zadowolony, gdy na takim urządzeniu świecą tylko dwie diody LED „POWER” i „READY”. Uporządkowuję szalik według moich szczegółów. Na wszelki wypadek z możliwością przecięcia go na pół (jest to pewna wszechstronność). Od razu z miejscem na część zasilającą na tyrystorze, ale na razie tej części nie używam, to będzie mój obwód pod lutownicę (jak już wymyślę jak podłączyć termoparę do grotu)
W laminatorze jest za mało miejsca (mechanizmy są bardzo ciasno umiejscowione, wiadomo w Chinach), używam małego wskaźnika siedmiosegmentowego, ale to nie wszystko, cała tablica też się nie mieści, na tym polega wszechstronność płytki się przyda, przeciąłem ją na pół (jeśli używasz złącza, górna część pasuje do wielu rozwinięć na temat drobnych ciekawostek z ur5kby.)
Ustawiłem, najpierw robię tak jak na forum, nie lutuję termopary, ustawiam 400 (chociaż jak będzie ten parametr w pamięci to ta pozycja zniknie), zmienne ustawiam na mniej więcej temperaturę pokojową i dokładnie do punktu wrzenia,
Taki sterownik teoretycznie pracuje do 999°C, jednak w domu takiej temperatury raczej nie znajdziemy, co najwyżej jest to otwarty ogień, jednak to źródło ciepła charakteryzuje się dużą nieliniowością i wrażliwością na warunki zewnętrzne.
oto przykładowa tabela.
a także dla jasności
Dlatego wybór źródła regulacji odczytów sterownika jest niewielki.
Nie ma już zabawy z guzikami, wszystko można zebrać,
Użyłem termopary z chińskiego testera. A post na forum poradził mi, że tę termoparę można mnożyć, jej długość to prawie pół metra, ja odciąłem 2 cm.
Robię transformator przekręcając go węglem drzewnym, okazuje się, że jest to kulka, a na dwa końce dokładnie w ten sam sposób, wzdłuż drutu miedzianego, aby dobrze przylutować do moich przewodów
Termopara to rodzaj czujnika temperatury, który może być stosowany w urządzeniach pomiarowych i układach automatyki. Ma pewne zalety: niski koszt, wysoką dokładność, szeroki zakres pomiarowy w porównaniu do termistorów i mikroukładów cyfrowych czujników temperatury, prostotę i niezawodność. Jednak napięcie wyjściowe termopary jest małe i względne, a obwód miernika termopary jest złożony, ponieważ istnieją rygorystyczne wymagania dotyczące precyzyjnego wzmocnienia sygnału z termopary i obwodu kompensacyjnego. Aby opracować takie urządzenia, istnieją wyspecjalizowane mikroukłady, które integrują obwód konwersji i przetwarzania sygnału analogowego. Za pomocą tych mikroukładów można zbudować dość kompaktowy miernik temperatury z termoparą jako czujnikiem (rysunek 1).
Zasady
Wikipedia definiuje zasadę działania termopary w następujący sposób:
Zasada działania opiera się na efekcie Seebecka, czyli inaczej efekcie termoelektrycznym. Pomiędzy podłączonymi przewodami występuje różnica potencjałów stykowych. Jeżeli złącza przewodów połączonych w pierścień mają tę samą temperaturę, suma takich różnic potencjałów jest równa zeru. Gdy złącza mają różne temperatury, różnica potencjałów między nimi zależy od różnicy temperatur. Współczynnik proporcjonalności w tej zależności nazywany jest współczynnikiem termo-EMF. Różne metale mają różne współczynniki termoemf i odpowiednio różnica potencjałów powstająca między końcami różnych przewodników będzie inna. Umieszczając złącze metali o doskonałych współczynnikach termo-EMF w środowisku o temperaturze T1, uzyskamy napięcie pomiędzy przeciwległymi stykami, znajdującymi się w różnej temperaturze T2, które będzie proporcjonalne do różnicy temperatur T1 i T2 (rysunek 2). ).
|
|
|
| Rysunek 2. | |
Istnieje kilka rodzajów termopar, w zależności od użytej pary materiałów (czysty metal lub stop). W naszym projekcie wykorzystujemy termoparę typu K (chromel-alumel), która jest często stosowana w narzędziach i przyrządach przemysłowych. Napięcie wyjściowe termopary typu K wynosi około 40 µV/°C, dlatego wymagany będzie obwód wzmacniający sygnał z małym przesunięciem napięcia na wejściu.
Jak wspomniano powyżej, termoemf jest proporcjonalny do różnicy temperatur między zimnym i gorącym złączem. Oznacza to, że temperatura zimnego złącza musi być znana, aby obliczyć rzeczywistą temperaturę gorącego złącza. Aby to zrobić, będziesz potrzebować obwodu kompensacji zimnego złącza, który automatycznie wprowadzi korektę do zmierzonego termo-EMF (rysunek 3).
Aby uzyskać wartość temperatury za pomocą termopary, będziesz potrzebować obwodów analogowych, takich jak precyzyjny wzmacniacz operacyjny i obwód kompensacji zimnego złącza. Istnieje jednak kilka rodzajów wyspecjalizowanych mikroukładów z wbudowanym interfejsem termopary. Chipy te integrują powyższe obwody analogowe i znacznie upraszczają konstrukcję. W naszym przypadku wybraliśmy układ MAX31855 tej firmy. Zawiera obwód analogowy i przetwornik analogowo-cyfrowy, dlatego na wyjściu mikroukładu otrzymamy dane cyfrowe. Przed zakupem mikroukładu należy wcześniej określić rodzaj termopary, która będzie zastosowana w urządzeniu.
Główne cechy układu MAX31855:
- Zakres pomiaru temperatury: od -270°C do +1800°C;
- Rozdzielczość: 14 bitów, krok 0,25°C;
- Prosty interfejs zgodny z SPI (tryb odczytu danych);
- Obwód kompensacyjny złącza odniesienia termopary;
- Obwód do wykrywania zwarcia przewodów termopary do szyny zasilającej i szyny wspólnej;
- Układ do wykrywania przerwy w obwodzie pomiarowym;
- Wersje dla termopar typu K, J, N, T i E;
- Pakiet 8-pinowy.
Kompensacja zimnego złącza realizowana jest za pomocą czujnika temperatury zintegrowanego z chipem, dlatego jednym z ważnych warunków przy montażu miernika jest umieszczenie chipa bezpośrednio przy złączu termopary. Ważnym warunkiem jest także izolacja tego urządzenia od ciepła zewnętrznego. Do połączenia wykorzystaliśmy złącze pokazane na rysunku 4. Można zastosować inne rodzaje złączy.
Schemat ideowy miernika temperatury pokazano na rysunku 5.
Sercem urządzenia jest mikrokontroler AVR. Układ MAX31855 łączy się z mikrokontrolerem poprzez interfejs SPI.
Jako źródło zasilania zastosowano akumulator LR1 o napięciu 1,5 V. Do zasilania mikrokontrolera i układu interfejsu termopary wykorzystano układ przetwornicy boost DC/DC, bazującej na chipie serii XC9111, zapewniający napięcie wyjściowe 3,0 V. Mikrokontroler steruje mocą i monitoruje napięcie akumulatora.
Ponieważ do zasilania wykorzystywany jest akumulator 1,5 V, do wyświetlania danych optymalne jest wykorzystanie segmentowego statycznego wskaźnika LCD TWV1302W, stosowanego w cyfrowych urządzeniach do pomiaru temperatury (Rysunek 6). Napięcie robocze tego wskaźnika wynosi 3 V. W przypadku zastosowania wskaźnika o napięciu roboczym 5 V wymagany będzie dodatkowy obwód przetwornicy napięcia (rysunek 7). Funkcje sterujące wskaźnikiem realizowane są przez mikrokontroler. Dzięki takiemu rozwiązaniu prąd pobierany przez urządzenie wyniesie 4 mA, a bateria wytrzyma co najmniej 100 godzin.
|
|
Ale możesz go złożyć samodzielnie za połowę ceny.
Jeśli ktoś jest zainteresowany to zapraszamy do cat.
Zacznijmy od porządku.
Termopara... jak termopara. Miernik dokładny, typ K, 0-800C
Można go wbudować w korpus, posiada gwintowaną część, która swobodnie się obraca. Średnica 5,8 mm, podziałka - 0,9 ~ 1,0 mm, wygląda jak M6 x 1,0 mm. Pod klucz na 10 
Wszystko jest w porządku, co dalej? Aby móc go odczytać za pomocą Arduino, konieczna jest konwersja sygnału (termomocy) na sygnał cyfrowy lub analogowy. To nam pomoże. Jest to konwerter sygnału termopary typu K na cyfrowy, posiadający interfejs, który nam odpowiada.
Nadchodzi nasz bohater - (4,20 USD) 
Kosztuje 4,10 USD, ale ta partia nie jest już dostępna (ten sam sprzedawca).
Podłączymy się do Arduino, możesz wziąć prosty (5,25 $, możesz znaleźć taniej, tutaj widzisz dokładnie ten) 
Dane zapiszemy na karcie pamięci (i jednocześnie wyślemy do portu) za 1,25 dolara. 
Nawiasem mówiąc, interfejs to także SPI. Ale nie wszystkie karty to obsługują. Jeśli się nie uruchomi, spróbuj najpierw spróbować innego.
Teoretycznie wszystkie linie urządzeń SPI (MOSI lub SI, MISO lub SO, SCLK lub SCK), z wyjątkiem CS (CS lub SS - wybór chipa), można podłączyć do jednego pinu Arduino, ale wtedy MAX6675 nie pracować odpowiednio. Dlatego wszystko rozdzieliłem na osobne piny.
Szkic powstał na przykładzie pracy z kartami pamięci o formacie .
Biblioteka i szkic dla MAX6675. Schemat podłączenia MAX6675: 
#włączać
#włączać
Jednostki całkowite = 1; // Jednostki odczytu temperatury (0 = F, 1 = C)
błąd pływaka = 0,0; // Błąd kompensacji temperatury
float temp_out = 0,0; // Zmienna wyjściowa temperatury
MAX6675 temp0(9,8,7,jednostki,błąd);
Unieważnij konfigurację()
{
Serial.begin(9600);
Serial.print("Inicjowanie karty SD...");
PinMode(10, WYJŚCIE);
if (!SD.begin(10)) (
Serial.println("Inicjalizacja nie powiodła się!");
powrót;
}
Serial.println("Inicjalizacja zakończona.");
// Sprawdź, czy plik data.csv istnieje na mapie; jeśli tak, usuń go.
if(SD.istnieje("temp.csv")) (
SD.usuń("temp.csv");
}
// otwórz plik. pamiętaj, że jednocześnie można otworzyć tylko jeden plik,
//więc musisz zamknąć ten, żeby otworzyć inny.
mójPlik = SD.open("temp.csv", FILE_WRITE); //otwarty do pisania
jeśli (mój plik) (
Serial.print("Zapis do temp.csv...");
// zamknij plik:
mójPlik.close();
Serial.println("gotowe.");
}
w przeciwnym razie(
}
}
pusta pętla()
{
Temp_out = temp0.read_temp(5); // Przeczytaj temp 5 razy i zwróć średnią wartość do var
Czas = czas + 1; // Zwiększ czas o 1
MójPlik = SD.open("temp.csv", FILE_WRITE);
// jeśli plik otworzył się normalnie, napisz do niego:
jeśli (mój plik) (
// zapisz czas
mójPlik.print(czas);
Serial.print(czas);
// dodaj średnik
mójPlik.print(";");
Numer seryjny.print(";");
// wpisz temperaturę i przesuw linii
mójPlik.println(temp_out);
Serial.println(temp_out);
// zamknij plik:
mójPlik.close();
}
w przeciwnym razie(
// a jeśli się nie otworzy, wypisz komunikat o błędzie:
Serial.println("Błąd podczas otwierania temp.csv");
}
opóźnienie (1000); // Poczekaj sekundę
}
Pobierać:
