Часы вольтметр и термометр для автомобиля своими руками
Обновлено: 04.07.2024
На замену не совсем удобным аналоговым измерителям температуры, в основе работы которых лежит свойство жидкости расширяться и сжиматься, промышленность предложила дискретные устройства. Эти совсем несложные приборы обладают рядом неоспоримых преимуществ. Купить измеритель можно практически в любом магазине бытовой или климатической техники, но гораздо интереснее изготовить электронный термометр с выносным датчиком своими руками.
Суть устройства
Термометр, разговорный аналог — градусник, предназначен для измерения температуры окружающей среды. Первое устройство было изобретено в 1714 году немецким физиком Д. Г. Фаренгейтом. В основе своей конструкции он использовал прозрачную запаянную колбу, внутри которой находился спирт. После в качестве жидкости учёный применил ртуть. Но шкала аналогового измерителя, существующая и по сей день, была разработана лишь только через 30 лет шведским астрономом и метеорологом Андерс Цельсием. За начальные точки он предложил взять температуру тающего льда и кипения воды.
Вскоре изготовление ртутных измерителей было широко налажено производством в промышленных масштабах. Со временем ртуть из-за своей ядовитости была заменена на спирт, а затем и вовсе был предложен новый тип устройства — цифровой. Сегодня, пожалуй, градусник стал неотъемлемым атрибутом любого жилища. По совету Всемирной организации здравоохранения была принята Минаматская конвенция, направленная на постепенный вывод из обихода ртутных градусников. Согласно ей в 2022 году использование ртути в измерителях будет полностью прекращено.
Поэтому из-за своих отличных характеристик термометр с цифровой схемой практически не имеет конкурентов. Предлагаемые в продаже спиртовые приборы проигрывают ему по точности и удобству восприятия данных.
Электронные модели могут располагаться в любом месте, ведь в контролируемом помещении необходимо расположить только небольшой датчик, подключённый к устройству. Этот тип используется во многих технологических процессах промышленности, например, строительных, аграрных, энергетических. С их помощью контролируется:
- температура воздуха в производственных и жилых зданиях;
- проверка нагрева сыпучих продуктов;
- состояние вязких материалов.
Принцип работы
Перед тем как непосредственно приступить к изготовлению электронного термометра, следует разобраться в принципе его действия и определиться, из каких узлов будет состоять конструкция. Промышленно выпускаемые электронные градусники различаются по своим размерам и назначению. Но все они построены на однотипном принципе действия.
Проводимость материала изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Основываясь на этом и проектируется схема электронного градусника. Так, чаще всего в конструкции применяется термопара. Это электронный прибор, стоящий из двух сваренных между собой металлов. На поверхности каждого из них имеется контактная площадка, подключённая к измерительной схеме. При нагревании или охлаждении контактов возникает термоэлектродвижущая сила, появление и изменение которой регистрируется платой электроники.
В устройствах нового поколения вместо термочувствительного элемента используется кремниевый диод. Полупроводниковый радиоэлемент, у которого наблюдается зависимость вольт-амперной характеристики от температурного воздействия. Иными словами, при прямом включении (направление тока от анода к катоду) значение падения напряжения на переходе изменяется в зависимости от нагрева полупроводника.
Обработанные данные выводятся на дисплей, с которого уже визуально снимаются пользователем. Цифровые градусники позволяют измерять изменения температуры в диапазоне от -50 ° С до 100 ° С.
Всего же в конструкции простого термометра можно выделить пять блоков:
- Датчик — устройство, изменяющее свои параметры в зависимости от величины воздействующей на него температуры.
- Измерительные провода — используются для выноса датчика и его расположения в различных местах, требующих контроля над температурой. Чаще всего это небольшого сечения в диаметре проводники, даже необязательно экранированные.
- Плата электроники — содержит блок анализатора, фиксирующий изменения приходящего от датчика сигнала, а затем передающий его на экран.
- Дисплей — монохромный или цветной экран, предназначенный для отображения данных об измеренной температуре.
- Блок питания — собирается на типовых для радиоэлектроники интегральных микросхемах. Используется для стабилизации и преобразования питания, подающегося на все узлы платы.
Особенности изготовления
Человеку, увлекающемуся радиолюбительством, сделать электронный термометр своими руками по схеме не доставит трудностей, но в то же время обычному потребителю понадобится иметь хотя бы навыки паяния. Сегодня существует довольно много различных схем, отличающихся как сложностью повторения, так и дефицитностью радиодеталей.
При выборе схемы учитывают характеристики, которые она сможет обеспечить будущему измерительному устройству. В первую очередь — это диапазон измеряемых температур, а во вторую – погрешность. Конструктивно можно собрать проводную и беспроводную модель. При сборке второго типа используется радиомодуль, значительно удорожающий изделие.
Суть метода заключается в том, что с помощью, например, Sprint Layout, рисуется печатная схема устройства и распечатывается в зеркальном отображении в масштабе 1:1 на лазерном принтере. Затем, приложив отпечатанный рисунок изображением вниз к фольгированному слою, проглаживают чертёж разогретым утюгом. Из-за особенностей тонера изображение линий перенесётся на стеклотекстолит. Далее плата погружается в ванную с реактивом, например, FeCl3.
В схемотехнике некоторых термометров используются микроконтроллеры. Их применение позволяет упростить электрическую схему и повысить функциональность, но при этом требует навыков программирования и умения загружать прошивку. Для этого понадобится программатор, который можно также спаять самостоятельно, например, для LPT из пяти проводов.
Простой термометр
Конструкция простого термометра состоит всего из трёх деталей и тестера. В качестве датчика температуры в схеме используется LM35. Это интегральный прибор с калиброванным выходом по напряжению. Амплитуда на выходе датчика пропорциональна температуре. Точность измерений составляет 0,75° C. Запитывать интегральную микросхему можно как от однополярного источника, так и двухполярного. Предел измерений от -55 ° до 150° C.
В качестве мультиметра можно использовать стрелочный или цифровой прибор. К датчику согласно схеме подключают источник питания. Например, КРОНу или три соединённых последовательно пальчиковых батарейки. Измеритель же подключают к клеммам V и COM и переводят в режим измерения температуры. Потребление датчика при работе не превышает 10 мкА.
Диапазон измерения мультиметра устанавливается на два вольта. Отображённый на экране результат и будет соответствовать измеряемой температуре. Последняя цифра в числе обозначает десятые доли градуса.
При желании устройство можно сделать двухканальным. Для этого дополнительно необходимо будет изготовить механический или электронный переключатель.
Цифровая схема
Одна из самых простых схем состоит всего из нескольких элементов. В основе конструкции лежит использование датчика, выдающего значение температуры в цифровом коде. Стоимость термодатчика LM 335 не превышает 50 центов, при этом после калибровки его точность измерения составляет от 0,3 ° до 1,5° C. Датчик может измерять температуру от — 40 ° до 100° C. Выпускается он в двух корпусах — TO-92 и SOIC. В качестве аналога можно использовать отечественную микросхему К1019ЕМ1.
При монтаже длина соединительных проводов может достигать пяти метров. Калибровка схемы осуществляется изменением напряжения, подаваемым на вывод один. Необходимое значение рассчитывается по формуле:
Uвых = Vвых1 * T / To, где:
- Uвых – напряжение на выходе микросхемы;
- Uвых1 – напряжение на выходе при эталонной температуре;
- T и To – измеряемая и эталонная температура.
Напряжение, формирующее выходной сигнал, зависит от температуры, поэтому питание, подающееся на датчик, должно осуществляться от источника тока. Собирается он на двух транзисторах КТ209 и не требует дополнительных настроек. Максимальный ток питания не превышает 5 мА. Увеличение выходного напряжения на 10 мВ соответствует приросту температуры на один градус.
Использование микроконтроллера
Применение в схеме самодельного термометра микроконтроллера подразумевает использование программы, управляющей его работой. В качестве микросхемы применяется ATmega8, а датчика температуры — DS18B20.
В схеме используется небольшое число радиодеталей. Она несложная и не нуждается после сборки в какой-либо наладке. Напряжение питания микроконтроллера составляет пять вольт. Для его стабилизации используется микросхема L7805. Транзисторы можно использовать любые с NPN структурой. В качестве индикатора подойдёт трёхразрядный сегментный дисплей с общим катодом.
Температура устройством может изменяться в интервале от -55 ° до 125º С с шагом в 0,1º С. Погрешность измерения не превышает 0,5º С. Обмен данными между датчиком и микроконтроллером происходит по шине 1-Wire. При большом расстоянии выноса измерительной микросхемы DS18B20 от ATmega8 необходимо подобрать подтягивающее сопротивление. Распаять его лучше непосредственно на вывод датчика.
При программировании все установки микроконтроллера оставляются заводскими, и фьюзы не изменяются. Затем к собранному термометру можно добавить ещё один датчик, а также часы. Но для этого необходимо будет обладать знаниями в программировании, чтобы дописать программный код.
Точный термометр
Применение в качестве датчиков полупроводниковых диодов и транзисторов характеризуется сложностью калибровки показаний, что в итоге приводит к погрешности результата измерений. Поэтому для получения точного результата в качестве измерителя применяется бифилярно намотанная катушка из тонкого проводника, размещённая в цилиндре, имеющем размеры порядка 4х20 мм.
Основой конструкции является микросхема ICL707 и светящийся индикатор. Питание можно подавать от любого источника с выходной амплитудой 12 В. На DA3 собран нормирующий преобразователь, изменяющий своё выходное напряжение в зависимости от сигнала, поступаемого с датчика.
Настройка заключается в выставлении на 36 ноге микросхемы напряжения, равного одному вольту. Делается это с помощью резисторов R3 и R4. Вместо датчика подключают резистор на 100 Ом. Изменением сопротивления R14 устанавливают нули на цифровом индикаторе. После чего устройство готово к измерениям.
Немало автомобилистов сталкивается с такой проблемой, как непредвиденный разряд аккумулятора. Особенно неприятно, когда происходит это в пути далеко от дома. Одной из причин может быть выход из строя генератора авто. Предупредить надвигающийся разряд аккумулятора поможет вольтметр автомобильный. Ниже приведем несколько простых схем подобного устройства.
Вольтметр автомобильный на микросхеме LM3914
Это схема автомобильного вольтметра предназначена для контроля напряжения бортовой сети автомобиля в пределах от 10,5В до 15В. В качестве индикатор используются 10 светодиодов.
Основа схемы – интегральная микросхема LM3914. Данная микросхема способна оценить входное напряжение и вывести результат на 10 светодиодов в режиме точка или столбик. Микросхема LM3914 способна работать в широком диапазоне питания (3В…25В). Яркость свечения светодиодов можно выставить при помощи внешнего переменного резистора. Выходы микросхемы совместимы с ТТЛ и КМОП логикой.
Десять светодиодов VD1-VD10 отображают текущее значение напряжения аккумулятора или напряжение бортовой сети автомобиля в режиме точки (вывод 9 не подключен или подключен на минус) или столбика (вывод 9 подключен на плюс питания).
Резистор R4 подключенный между контактами 6,7 и минусом питания задает яркость свечения светодиодов. Резисторы R2 и переменный резистор R1 образует делитель напряжения. При помощи переменного резистора R1 производится настройка верхнего уровня напряжения, а при помощи R3 нижнего.
Как уже было сказано ранее, данный автомобильный вольтметр обеспечивает индикацию от 10,5 до 15 вольт. Калибровка схемы выполняется следующим образом. Подайте на вход схемы вольтметра напряжение 15 вольт от блока питания. Затем изменяя сопротивление резистора R1, необходимо добиться, чтобы зажегся светодиод VD10 (в режиме точка) или все светодиоды VD…VD10 (в режиме столбик).
Затем на вход подайте 10,5 вольт и переменным резистором R3 добейтесь, чтобы горел только светодиод VD1. Теперь увеличивая напряжение с шагом 0,5 вольта, светодиоды один за другим будут загораться, и при напряжении 15 вольт будут гореть все светодиоды. Переключатель SA1 предназначен для переключения между режимами индикации точка/столбик. При замкнутом переключателе SA1 – столбик, при разомкнутом – точка.
Автомобильный вольтметр на транзисторах
Следующая схема автомобильного вольтметра построена на двух биполярных транзисторах. Когда напряжение на аккумуляторе составляет менее 11 вольт, стабилитроны VD1 и VD2 не пропускают ток, из-за чего горит только красный светодиод, указывающий на низкое напряжение бортовой сети автомобиля.
Если напряжение находится между 12 и 14 вольт, стабилитрон VD1 открывает транзистор VT1. Зеленый светодиод загорается, указывая на нормальное напряжение. Если напряжение батареи превышает 15 вольт, стабилитрон VD2 открывает транзистор VT2, в результате чего загорается желтый светодиод, показывающий значительное превышение напряжения в сети автомобиля.
Вольтметр на операционном усилителе LM393
Данный простой автомобильный вольтметр построен на операционном усилителе LM393. В качестве индикатора, как и в предыдущей схеме, используются три светодиода.
При низком напряжении (менее 11В) загорается красный светодиод. Если напряжение в норме (12,4…14В) то светится зеленый. В том случае, если напряжение превысило 14В, то загорается желтый светодиод. Стабилитрон VD1 формирует опорное напряжение. Данная схема схожа со схемой индикатора напряжения автомобиля.
Вольтметр автомобильный на микросхеме К1003ПП1
Данная схема вольтметра для автомобиля построена на микросхеме К1003ПП1 и позволяет отслеживать напряжение бортовой сети по свечению 3 светодиодов:
- При напряжении менее 11 вольт горит светодиод HL1
- При напряжении 11,1…14,4 вольт горит светодиод HL2
- При напряжении более 14,6 вольт горит светодиод HL3
Настройка. После подачи на вход напряжения от любого блока питания (11,1…14,4В), переменным резистором R4 необходимо добиться свечения светодиода HL2.
Но они мне не подходили. После недолгих поисков нашёл этот.
Критерием выбора было — прямоугольная форма, небольшой размер, но с крупными знаками. Обозреваемый гаджет удовлетворяет этому критерию
В коробочке вложено:
1.Сам гаджет
2.Провод питания с наконечником для подключения в прикуриватель.
3. Провод с термодатчиком
4. Инструкция по настройке (с русским описанием)
Начну обзор с ТТХ.
1. Размеры
Высота — 51мм
Ширина — 130мм
Толщина -23,5мм
Высота цифр — 12мм
Современную микроэлектронику трудно представить без такой важной составляющей, как микроконтроллеры. Микроконтроллеры незаметно завоевали весь мир. Микроконтроллерные технологии очень эффективны. Одно и то же устройство, которое раньше собиралось на традиционных элементах, будучи собрано с применением микроконтроллеров, становится проще, не требует регулировки и меньше по размерам. С применением микроконтроллеров появляются практически безграничные возможности по добавлению новых потребительских функций и возможностей к уже существующим устройствам. Для этого достаточно просто изменить программу.
Однокристальные (однокорпусные) микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя следующие составные части: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой.
Мировая промышленность выпускает огромную номенклатуру микроконтроллеров. По области применения их можно разделить на два класса: специализированные, предназначенные для применения в какой-либо одной конкретной области (контроллер для телевизора, контроллер для модема, контроллер для компьютерной мышки ) и универсальные, которые не имеют конкретной специализации и могут применяться в самых различных областях микроэлектроники, с помощью которых можно создать как любое из перечисленных выше устройств, так и принципиально новое устройство.
Цель курсового проекта – разработка микропроцессорной системы автомобильные часы-термометр-вольтметр на базе микроконтроллера.
1. Описание объекта и функциональная спецификация
Данное устройство предназначено для использования в автомобиле.
Рассмотренное в этой работе устройство устанавливается в автомобиле для индикации времени, контроля заряда аккумулятора и регистрации температуры. Диапазон контролируемого напряжения можно выбрать любой, однако в программе он установлен в пределах от 12,0 В до 15,0 В, а при отклонении от этих значений напряжения включается зуммер.
a. 4 датчика температуры
b. Кнопка запуска (включение питания)
c. Панель управления с сенсорным переключателем и ИФ приемником
a. Жидкокристаллический индикатор
b. Звуковой динамик
a. индикация текущего времени
d. индикация температуры в четырех точках
e. звуковая сигнализация при повышении температуры
f. индикация напряжения в бортовой сети автомобиля
g. звуковая сигнализация при падении напряжения бортовой сети
h. управление режимами работы устройства с помощью ИК-пульта
2.Описание структуры системы
После определения входов и выходов устройства разработана структурная схема устройства. Структурная схема автомобильных вольтметра-термометра-часов приведена на рис. 1.
 |
 |
Рис. 1. Структурная схема автомобильных часов-термометра-вольтметра
Раздел: Коммуникации и связь
Количество знаков с пробелами: 45118
Количество таблиц: 5
Количество изображений: 10
Предлагаю всем, кто любит что-то делать своими руками, изготовить для домашней лаборатории простой термометр из самодельной термопары, с верхним пределом измерения температуры до 500-700 градусов о С.
Собственно говоря, весь термометр - это термопара (датчик), и средство отображения температуры (индикатор), в качестве которого можно использовать и стрелочный индикатор (микроамперметр) и цифровой мультиметр.
Начнём с изготовления термопары. Для этого нам понадобятся проволоки из разных металлов. Самые доступные - это проволоки из меди и константана. Термо-ЭДС получаемая из такой пары от пламени зажигалки, около 50-ти милливольт.
Так где же можно найти константан? Очень просто. Константан в основном применяется при изготовлении проволочных резисторов, из которых мы его и будем добывать.
Для этого лучше брать проволочные резисторы бОльшей мощности, или резисторы с меньшим сопротивлением (единицы Ом). В этих резистора проволока диаметром больше. Ну может и можно использовать проволоку и меньшего диаметра, но по моему мнению удобней работать с проволокой диаметром от 0,3 мм, а если из термопар собирать батарею, то желательно брать проволоку 0,8 и выше, чтобы внутреннее сопротивление батареи было меньше.
И так резисторы мы нашли, а что дальше? Дальше нужно аккуратно постукивая по резистору отбить у резистора эмаль, стараясь не повредить константановую проволоку и попытаться её отделить от резистора и смотать. Эту проволоку мы и будем использовать для изготовления термопар.
Изготовление термопары.
Изготовление термопары труда большого не представляет. Для этого берём два отрезка проволоки, добытую ранее константановую и любую медную, желательно близких по диаметру, скручиваем их вместе с одного конца на расстояние 0,5 - 1,0 см. Именно эту скрученную часть проволок мы и будем сваривать.
Сваривать термопары в домашних условиях удобно способом, который был описан ранее вот в этой статье. Для лучшего контакта проволок термопары со сварочным крокодилом, можно обмотать элементы будущей термопары проводом, чуть ниже скрутки, прижать к проводу от трансформатора плоскогубцами, и коснуться самой скрутки угольным электродом. Напряжение для надёжной сварки подобрать опытным путём.
У нас должен получиться на конце скрученных вместе проводов, оплавленный шарик (или подобие его), который и есть термопара.
Скрученные ранее провода нужно будет аккуратно раскрутить до места сварки, это на всякий случай, чтобы исключить их замыкание между собой, и надеть на них изоляционные трубочки, в качестве которых можно использовать фторопластовую оболочку от проводов.
Применение термопары.
Полученные таким способом термопары в пламени обычной зажигалки выдают напряжение, где-то в районе 50-ти милливольт.
Для изготовления термометра у меня были две измерительные головки, микроамперметры на 100 мкА. Одна головка с сопротивлением рамки 370 Ом, вторая (тоже на 100 мкА) с сопротивлением рамки 280 Ом.
Так вот, первая головка отклонялась от пламени зажигалки на всю шкалу, вторая, имеющая меньшее сопротивление рамки, зашкаливала.
То есть получается, что предпочтение нужно отдавать головкам, имеющим меньшее сопротивление рамки, так как термопара вырабатывает напряжение (милливольты) и ток отклонения у головок получается больше, если её активное сопротивление рамки меньше, то есть головка получается более чувствительная.
Нашёл у себя в загашниках головку миллиамперметра на 30 мА, с сопротивлением рамки где-то 1,5 - 1,6 Ом (замерил приблизительно). Каково было удивление, когда стрелка этой головки от термопары и зажигалки отклонилась на всю шкалу.
Ну в принципе так и получается по закону Ома. При 45-50 мВ напряжения и 1,5 Ома нагрузки, ток и будет около 30-ти мА. Да, ещё забыл сказать, что медный провод термопары даёт "плюс", а константановый "минус". Так что к головкам нужно подключать термопару в такой полярности.
Вернёмся к термометру. Как уже было сказано выше, термометр - это термопара и средство индикации. Из двух микроамперметров, о которых говорилось выше, были изготовлены термометры. Из первого микроамперметра, имеющего сопротивление рамки 370 Ом - термометр с верхним пределом измерения температуры 700 градусов о С, из второго с меньшим сопротивлением рамки (280 Ом) - термометр с верхним пределом измерения температуры 550 градусов о С. Так как эта головка оказалась более чувствительная, то и верхний предел температуры ниже.
Да, выше 700 - 800 градусов особого смысла делать термометр нет, так как температура плавления меди и константана где-то в районе 1000 градусов о С.
Калибровать таким способом изготовленные термометры, можно термофеном с индикацией температуры воздуха. Нижний предел лучше начинать от 100 градусов о С. Шкала получается почти линейной. Может чуть сжата в начале шкалы. Максимальная температура воздуха у моего фена 450 градусов о С. Отметки на шкале микроамперметров ставились через 50 градусов. Дальше (выше 450 градусов) пришлось ставить отметки на расстояние, вычисленное по предыдущим меткам на шкале. Точность шкалы для домашней лаборатории будет вполне приемлема.
Подобные термопары можно применять в терморегуляторах для любых паяльников не имеющих термодатчики, термофенов и других радиолюбительских конструкциях.
Попробовал я использовать подобную термопару вместо штатного датчика для термометра от цифрового мультиметра. Результатом более, чем доволен.
При измерениях температуры по нескольким разным точкам, отклонения от показаний индикатора на термофене, различались на плюс-минус несколько градусов. Фотография с другой температурой фена ещё есть в начале этой статьи.
Кому ещё интересно, то можно попробовать собрать термогенератор. То есть соединить последовательно множество термопар и попытаться сделать зарядку для телефона от пламени костра. Соединять термопары между собой тоже нужно сваркой (надёжно).
Для получения напряжения такой батареи в 1,5 вольта, необходимо соединить последовательно 20 термопар. Соответственно при выходном напряжении 5,0 вольт (для зарядки мобильника) нужно соединить последовательно не менее 70-80 термопар.
Кстати раньше выпускался советской промышленностью термогенератор, который использовался для питания батарейных ламповых радиоприёмников. Надевался он на горловину керосиновой лампы и вся эта конструкция подвешивалась в удобном месте. И свет был и радио играло.
Вырабатывал он анодное напряжение и напряжение для накала ламп. Ещё статья, как сделать термогенератор, была опубликована в журнале "Юный техник". Кому интересно, то можете попытаться найти её самостоятельно. Называлась вроде как "Напряжение из двух проволок" или как-то похоже. Могу найти её, вернее найду и потом в комментариях укажу номер ЮТ, где была эта публикация.
Да, ещё в качестве положительного электрода, вместо медной проволоки можно (даже желательно) использовать стальную проволоку. Термо-ЭДС такой пары должна даже быть выше, чем с медной. Лично я не пробовал, не оказалось в этот момент под руками стальной проволоки.
Попробуйте сами.
Удачи Вам в творчестве!
Читайте также: