Сделай сам: электронный термометр своими руками. Контроллер больших температур на термопаре K-типа Мерим температуру электроникой схемы
Термометр на ATmega8 и датчике температуры DS18B20
Схема термометра на ATmega8 и DS18B20
Цифровой термометр DS18B20
Семисегментный светодиодный индикатор
Алгоритм программы термометра
Программа цифрового термометра на DS18B20
Схема и программа очень простого цифрового термометра с использованием микроконтроллера ATmega8 и датчика температуры DS18B20 . Термометр позволяет измерять температуру от 0 до 99 градусов с точностью до 0,5 градусов с разрешением 0,1 градуса
Термометр по своим характеристикам очень прост, и его можно использовать только как термометр для измерения «комнатной» температуры. Использовать в этой конструкции микроконтроллер с памятью 8 килобайт конечно расточительно, можно применить микроконтроллер и попроще. Но дело в том, что эта конструкция — основа для дальнейшего развития проекта с использованием цифрового датчика температуры DS18B20. В следующей статье будет опубликована конструкция другого термометра — на двух датчиках DS18B20, что позволит измерять температуру не только в комнате, но и «за бортом». Естественно, будет добавлена возможность измерять и отрицательные температуру. В дальнейшем в конструкцию будет добавлена функция термостата, часы, возможность работы с различными нагрузками, что позволит уже собрать несложную конструкцию — основу «умного дома». Ну а сегодня первая статья из этой серии.
Схема термометра на ATmega8 и датчике температуры DS18B20
Давайте посмотрим на схему термометра:
Как видите, схема очень проста, используется только необходимый минимум деталей.
В схеме, для индикации показаний, применен семисегментный трехразрядный светодиодный индикатор .
Напряжение питания конструкции
— 5 вольт. Если вы примените микроконтроллер с низковольтным питанием , то можно и понизить питающее напряжение конструкции, но в этом случае, возможно придется уменьшить номинал гасящих сопротивлений в сегментах индикатора. Приблизительно номиналы сопротивлений можно брать:
— при питании 5 вольт — 200-300 Ом
— при питании 2,7 — 3 вольта — 100-150 Ом
Транзисторы
— любые, маломощные, структуры NPN.
Датчик температуры
— DS18B20
Семисегментный индикатор
— любой трехразрядный с общим катодом. Если вы захотите применить другие, с общим анодом, тогда придется заменить транзисторы на PNP и внести изменения в программу (заменить массив двоичных кодов для вывода цифр на индикатор). Я применил индикатор красного цвета свечения, и заодно, для следующей схемы, приготовил такой-же, но голубого цвета свечения.
Детали термометра на микроконтроллере ATmega и DS18B20
Распиновка микроконтроллера ATmega8:
Трехразрядный семисегментный индикатор FYT-5631AUR-21:
Датчик температуры DS18B20:
Транзисторы BC547C:
Алгоритм работы программы термометра на ATmega и DS18B20
Все установки микроконтроллера заводские, FUSE-биты трогать не надо.
Для работы программы задействовано два таймера/счетчика микроконтроллера:
— восьмиразрядный Т0
— шестнадцатиразрядный Т1
С помощью восьмиразрядного таймера
Т0 настроенного на вызов прерывания по переполнению, с внутренней частотой СК/8 (период 2 миллисекунды) организован:
— расчет текущей температуры
— динамический вывод результатов измерения температуры датчиком DS18B20
С помощью шестнадцатиразрядного таймера
Т1 настроенного на вызов прерывания по переполнению, с внутренней частотой СК/64 (период 4 секунды) организованно:
— подача команды датчику DS18B20 на измерение температуры
— считывание измеренной температуры с датчика
В принципе, можно задействовать и один восьмиразрядный таймер/счетчик, также настроенный на вызов прерывания по переполнению, с внутренней частотой СК/8, и всю работу схемы организовать в процессе обработки прерывания. Но дело в том, что смысла в этом нет — датчику DS18B20 необходимо чуть меньше 1 секунды (при 12-ти битном разрешении) для конвертирования (определения) температуры, т.е., чаще чем 1 раз в секунду мы не сможем обновлять данные температуры. Кроме того, столь частое обновление температуры приведет к нагреву датчика и, соответственно, к искажению реальных данных. Использование второго счетчика позволяет отдельно задавать промежутки времени измерения температуры.
Вот так выглядит основная часть программы в Algorithm Builder:
Где:
— SP — настройка начального адреса стека
— Timer 0 — настройка таймера T0:
— Timer 1 — настройка таймера Т1:
— TIMSK — настройка прерываний от таймеров:
— Init_Display — подпрограмма настройки разрядов портов, участвующих в динамической индикации вывода данных на трехразрядный семисегментный индикатор
— 1 —> I — глобальное разрешение прерываний
Если возникнут вопросы, если что-то изложено не понятно или есть вопросы по программе, пишите — отвечу.
(2,4 KiB, 7 012 hits)
Серия статей об измерении температуры контроллерами Ардуино была бы неполной, без рассказа о термопарах. Тем более что измерять высокие температуры больше нечем.
Термопары (термоэлектрические преобразователи).
Все термодатчики из предыдущих уроков позволяли измерять температуру в диапазоне не шире – 55 … + 150 °C. Для измерения более высоких температур самыми распространенными датчиками являются термопары. Они:
- имеют крайне широкий диапазон измерения температуры -250 … +2500 °C;
- могут быть откалиброваны на высокую точность измерения, до погрешности не более 0,01 °C;
- как правило, имеют низкую цену;
- считаются надежными датчиками температуры.
Главный недостаток термопар – это необходимость в достаточно сложном прецизионном измерителе, который должен обеспечивать:
- измерение низких значений термо-ЭДС с верхним значением диапазона десятки, а иногда и единицы мВ;
- компенсацию термо-ЭДС холодного спая;
- линеаризацию характеристики термопары.
Принцип действия термопар.
Принцип действия датчиков такого типа основан на термоэлектрическом эффекте (эффекте Зеебека). Поэтому другое название термопары – термоэлектрический преобразователь.
В цепи между соединенными разнородными металлами образовывается разность потенциалов. Ее величина зависит от температуры. Поэтому она называется термо-ЭДС. У разных материалов величина термо-ЭДС разная.
Если в цепи стыки (спаи) разнородных проводников связаны в кольцо и имеют одинаковую температуру, то сумма термо-ЭДС равна нулю. Если же спаи проводов находятся при разных температурах, то общая разность потенциалов между ними зависит от разности температур. В результате мы приходим к конструкции термопары.
Два разнородных металла 1 и 2 в одной точке образуют рабочий спай. Рабочий спай помещают в точку, температуру которой необходимо измерить.
Холодные спаи это точки подключения металлов термопары к другому металлу, как правило, к меди. Это могут быть клеммные колодки измерительного прибора или медные провода связи с термопарой. В любом случае необходимо измерять температуру холодного спая и учитывать ее в вычислениях измеренной температуры.
Основные типы термопар.
Наиболее широкое распространение получили термопары ХК (хромель – копель) и ХА (хромель – алюмель).
| Название | Обозначение НСХ | Материалы | Диапазон измерения, °C | Чувствительность, мкВ/°C, (при температуре, °C) | Термо-ЭДС, мВ, при 100 °C |
| ТХК (хромель-копелевые) | L | Хромель, копель | - 200 … + 800 | 64 (0) | 6,86 |
| ТХА (хромель-алюмель) | K | Хромель, алюмель | - 270 … +1372 | 35 (0) | 4,10 |
| ТПР (платино-родиевые) | B | Платинородий, платина | 100 … 1820 | 8 (1000) | 0, 03 |
| ТВР (вольфрам-рениевые) | A | Вольфрам-рений, вольфрам-рений | 0 … 2500 | 14 (1300) | 1,34 |
Как практически измерять температуру с помощью термопары. Методика измерения.
Номинальная статическая характеристика (НСХ) термопары задана в виде таблицы с двумя столбцами: температура рабочего спая и термо-ЭДС. ГОСТ Р 8.585-2001 содержит НСХ термопар разных типов, заданные для каждого градуса. Можно загрузить в PDF формате по этой ссылке .
Для измерения температуры с помощью термопары необходимо выполнить следующие действия:
- измерить термо-ЭДС термопары (E общ.);
- измерить температуру холодного спая (T хол. спая);
- по таблице НСХ термопары определить термо-ЭДС холодного спая, используя температуру холодного спая (E хол. спая);
- определить термо-ЭДС рабочего спая, т.е. прибавить ЭДС холодного спая к общей термо-ЭДС (E раб. спая = E общ. + E хол. спая);
- по таблице НСХ определить температуру рабочего спая, используя термо-ЭДС рабочего спая.
Вот пример, как я замерил с помощью термопары типа ТХА температуру жала паяльника.
- Прикоснулся рабочим спаем к жалу паяльника, замерил напряжение на выводах термопары. Получилось 10,6 мВ.
- Температура окружающей среды, т.е. температура холодного спая – примерно 25 °C. ЭДС холодного спая из таблицы ГОСТ Р 8.585-2001 для термопары типа K при 25 °C равна 1 мВ.
- Термо-ЭДС рабочего спая равна 10,6 + 1 = 11,6 мВ.
- Температура из той же таблицы для 11,6 мВ равна 285 °C. Это и есть измеренное значение.
Такую последовательность действий нам надо реализовать в программе Ардуино термометра.
Ардуино термометр для измерения высоких температур с помощью термопары типа ТХА.
У меня нашлась термопара TP-01A. Типичная, широко распространенная ТХА термопара от тестера. Ее я и буду использовать в термометре.
На упаковке указаны параметры:
- тип K;
- диапазон измерения – 60 … + 400 °C;
- точность ±2,5 % в диапазоне до 400 °C.
Диапазон измерения указан для кабеля из стекловолокна. Существует похожая термопара TP-02, но с зондом длиной 10 см.
У TP-02 верхняя граница измерения 700 °C . Значит, будем разрабатывать термометр:
- для термопары типа ТХА;
- с диапазоном измерения – 60 … + 700 °C.
Разобравшись в программе и схеме устройства, Вы сможете создать измеритель для термопар любых типов с любым диапазоном измерения.
Остальные функциональные возможности термометра такие же, как у устройств из трех предыдущих уроков, включая функцию регистрации изменения температуры.
Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.Решил в свой ламинатор вставить термометр, термометр на термопаре K-типа. Чтобы он у меня стал более информативен, считаю, что хоббийный радиолюбитель не может довольствоваться, когда на таком приборе горит только два светодиода "POWER” и "READY” . Развожу платку под свои детальки. На всякий случай с возможностью её резать пополам(это некоторая универсальность). Сразу с местом под силовую часть на тиристоре, но пока эту часть не использую, это будет у меня схемка под паяльник (когда придумаю, как в жало термопару пристроить)
В ламинаторе мало места (механизмы расположены очень плотно, китай понимаеш ли), использую маленький семисегментный индикатор, но это еще не все, плата целиком тоже не влазит, вот тут пригодилась универсальность платы, разрезаю ее надвое (если использовать разъем верхняя часть подходит ко многим разработкам на пикушечках от ur5kby.)
Настраиваю, сначала делаю, как сказано в форуме , не впаиваю термопару, задаю 400 (хотя если этот параметр будет в памяти, этот пункт отпадет) настраиваю переменниками примерно комнатную и точно по кипению,
Такой контроллер теоретически работает до 999°C но в домашних условиях такую температуру вряд ли найти, самое большее это открытый огонь, но у этого источника тепла сильная нелинейность и чувствительность к внешним условиям.
вот примерная таблица.
и еще для наглядности
Так что выбор невелик в выборе источника для настройки показаний контроллера.
больше тут никакой игры кнопочками, Все можно собирать,
Термопару использовал от китайского тестера. И пост в форуме надоумил меня, что эту термопару можно размножать, её длина почти полметра, отрезаю 2 см.
делаю трансформатором по скрутке угольком, шарик получается, а к двум концам точно так, по медной проволочке, для хорошей пайки к моим проводам
Термопара - это один из видов температурных датчиков, который может применяться в измерительных устройствах и системах автоматизации. Ей присущи определенные преимущества: дешевизна, высокая точность, широкий по сравнению с термисторами и микросхемами цифровых датчиков температуры диапазон измерения, простота и надежность. Однако выходное напряжение термопары мало и относительно, а схема измерителя на термопаре сложна, так как предъявляются жесткие требования к прецизионному усилению сигнала с термопары и к схеме компенсации. Для разработки таких устройств существуют специализированные микросхемы, интегрирующие схему преобразования и обработки аналогового сигнала. С помощью этих микросхем можно построить достаточно компактный измеритель температуры с термопарой в качестве датчика (Рисунок 1).
Принципы
Википедия определяет принцип действия термопары следующим образом:
Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединенными проводниками имеется контактная разность потенциалов. Если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различной. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2 (Рисунок 2).
|
|
|
| Рисунок 2. | |
Существует несколько типов термопар, в зависимости от используемой пары материалов (чистый металл или сплав). В нашем проекте мы используем термопару K-типа (хромель-алюмель), которая часто применяется в промышленных инструментах и приборах. Выходное напряжение термопары K-типа составляет приблизительно 40 мкВ/°С, следовательно, потребуется схема усиления сигнала с небольшим смещением напряжения по входу.
Как упоминалось выше, термо-ЭДС пропорциональна разности температур между холодным и горячим спаем. Это означает, что температура холодного спая должна быть известна для вычисления фактического значения температуры горячего спая. Для этого потребуется схема компенсации холодного спая, которая будет автоматически вводить поправку к измеренной термо-ЭДС (Рисунок 3).
Чтобы получить значение температуры с помощью термопары потребуется аналоговая схема, например прецизионный операционный усилитель и схема компенсации холодного спая. Однако, существует несколько видов специализированных микросхем со встроенным интерфейсом термопары. Эти микросхемы интегрируют указанные выше аналоговые схемы и значительно упрощают проект. В нашем случае мы выбрали микросхему MAX31855 компании . Она содержит аналоговую схему и аналого-цифровой преобразователь, следовательно, на выходе микросхемы мы получим цифровые данные. Перед покупкой микросхемы необходимо заранее определить тип термопары, которая будет использоваться в устройстве.
Основные характеристики микросхемы MAX31855:
- Диапазон измерения температуры: от -270 °С до +1800 °С;
- Разрешение: 14 бит, шаг 0.25 °С;
- Простой SPI-совместимый интерфейс (режим чтения данных);
- Схема компенсации опорного спая термопары;
- Схема детектирования замыкания проводов термопары на шину питания и общую шину;
- Схема детектирования разрыва в измерительной цепи;
- Исполнения для термопар типов K, J, N, T и E;
- 8-ми выводной корпус.
Компенсация холодного спая реализуется с помощью интегрированного в микросхему датчика температуры, поэтому одним из важных условий при сборке измерителя является размещение микросхемы непосредственно возле коннектора подключения термопары. Немаловажным условием является также изоляция данного узла от внешнего нагрева. Для подключения мы использовали коннектор, изображенный на Рисунке 4. Можно использовать коннекторы других типов.
Принципиальная схема измерителя температуры изображена на Рисунке 5.
Сердцем прибора является микроконтроллер AVR . Микросхема MAX31855 подключается к микроконтроллеру по интерфейсу SPI.
В качестве источника питания используется батарея типоразмера LR1 с напряжением 1.5 В. Для питания микроконтроллера и микросхемы интерфейса термопары используется схема повышающего DC/DC преобразователя, выполненного на микросхеме серии XC9111 , обеспечивающего выходное напряжение 3.0 В. Микроконтроллер осуществляет управление питанием и отслеживает напряжение батареи.
Так как для питания используется элемент питания 1.5 В, для отображения данных оптимально использовать сегментный статический ЖК индикатор TWV1302W, который применяется в цифровых устройствах измерения температуры (Рисунок 6). Рабочее напряжение этого индикатора 3 В. При использовании индикатора с рабочим напряжением 5 В потребуется дополнительная схема преобразователя напряжения (Рисунок 7). Функции управления индикатором выполняет микроконтроллер. При таком решении потребляемый устройством ток составит 4 мА, а батарея прослужит, как минимум, 100 часов.
|
|
Но можно собрать самому в два раза дешевле.
Кому интересно - добро пожаловать под кат.
Начнем по порядку.
Термопара… как термопара. Метр ровно, К типа, 0-800C
Можно врезать в корпус, имеется резьбовая часть, которая вращается свободно. Диаметр 5,8мм, шаг - 0,9~1.0мм, похоже М6 x 1,0 мм. Под ключ на 10
Это все хорошо, дальше что делать? Нужно преобразовать сигнал (термоэдс) в цифровой или аналоговый сигнал, чтоб читать ардуиной. В этом нам поможет . Это преобразователь сигнала термопары K-типа в цифру, имеет интерфейс, что нас устраивает.
А вот и наш герой - ($4.20)
Стоил $4.10, но того лота больше нет (продавец тот же).
Подключать будем к ардуине, можно взять простенькую ($5.25, можно найти дешевле, здесь Вы видите именно эту)
Данные будем писать на карту памяти (и заодно слать в порт) с помощью $1.25.
Интерфейс, тоже, кстати, SPI. Только не все карточки его поддерживают. Не завелось - попробуйте сначала другую.
В теории все линии SPI устройств (MOSI или SI, MISO или SO, SCLK или SCK), кроме CS (CS или SS - выбор микросхемы), можно подключить к одним контактам ардуины, но тогда MAX6675 работает неадекватно. Поэтому я все разнес по разным пинам.
В основу скетча лег пример по работе с картами памяти с .
Библиотека и скетч для MAX6675 . Схема подключения MAX6675:
#include
#include
Int units = 1; // Units to readout temp (0 = F, 1 = C)
float error = 0.0; // Temperature compensation error
float temp_out = 0.0; // Temperature output varible
MAX6675 temp0(9,8,7,units,error);
Void setup()
{
Serial.begin(9600);
Serial.print(«Initializing SD card...»);
PinMode(10, OUTPUT);
if (!SD.begin(10)) {
Serial.println(«initialization failed!»);
return;
}
Serial.println(«initialization done.»);
// Проверяем, существует ли на карте файл data.csv, если существует, то удаляем его.
if(SD.exists(«temp.csv»)) {
SD.remove(«temp.csv»);
}
// открываем файл. заметьте, что только один файл может быть открыт за раз,
// поэтому вы должны закрыть этот, чтобы открыть другой.
myFile = SD.open(«temp.csv», FILE_WRITE); // открыть на запись
if (myFile) {
Serial.print(«Writing to temp.csv...»);
// закрываем файл:
myFile.close();
Serial.println(«done.»);
}
else {
}
}
void loop()
{
Temp_out = temp0.read_temp(5); // Read the temp 5 times and return the average value to the var
Time = time + 1; // Увеличиваем время на 1
MyFile = SD.open(«temp.csv», FILE_WRITE);
// если файл нормально открылся, запишем в него:
if (myFile) {
// записываем время
myFile.print(time);
Serial.print(time);
// добавляем точку с запятой
myFile.print(";");
Serial.print(";");
// пишем температуру и перевод строки
myFile.println(temp_out);
Serial.println(temp_out);
// закрываем файл:
myFile.close();
}
else {
// а если он не открылся, то печатаем сообщение об ошибке:
Serial.println(«error opening temp.csv»);
}
delay(1000); // Ждем секунду
}
Скачать:
