Цифровой термометр своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 18.09.2024
На рис. 79 приведены принципиальные схемы простейших полупроводниковых термометров на диодах (рис. 79, а) и транзисторе (рис. 79,6), опубликованные в одном из американских радиожурналов. В термоме.
На рис. 79 приведены принципиальные схемы простейших полупроводниковых термометров на диодах (рис. 79, а) и транзисторе (рис. 79,6), опубликованные в одном из американских радиожурналов. В термометре, схема которого дана на рис. 79, а, чувствительным элементом (датчиком) служат четыре кремниевых диода, включенных последовательно и питаемых постоянным током величиной 1 мА. При этом используется смещение вольт-амперной характеристики кремниевых диодов в сторону нуля на 2,11±0,06 мВI°С. Таким, образом, при увеличении температуры от —18 до +100° С напряжение, действующее на каждом диоде, уменьшается более чем на 400 мВ (от 688 до 270 мВ). Следовательно, на всех четырех диодах напряжение уменьшится на 1,6 В, т. е. будет в 4 раза больше.
Для измерения колебаний напряжения на диодах они включены в одно из плеч моста, в целом состоящего из делителя напряжения на резисторах R3—R5 и резистора R1 последовательно соединенного с диодами Д1—Д4. Индикатором термометра является микроамперметр, включенный в диагональ моста через переменный резистор R2. Мост питается постоянным напряжением 6 В, стабилизированным кремниевым стабилитроном Д5.
Значительно большей чувствительностью обладает транзисторный термометр, схема которого изображена на рис. 79, б.
Это объясняется тем, что здесь в качестве чувствительного элемента используется транзистор, работающий в усилительном каскаде, собранном по схеме с разделенными нагрузками. Благодаря усилительным свойствам транзистора чувствительность термометра возрастает в десятки раз. Органы регулирования и настройки здесь такие же, как в ранее рассмотренной конструкции.
При изготовлении термометра по схеме рис. 79, а можно использовать диоды типа Д105 или Д106 (Д1—Д4), КС156А (Д5). В термометре по схеме рис. 79, б транзистор Т1 может быть типа КТ315 или КТ312 с любым буквенным индексом. Термометр с транзистором типа КТ312 будет обладать меньшей тепловой инерцией, так как у этого транзистора корпус металлический, а у КТ315 — пластмассовый.
Все описанные термометры могут измерять также и отрицательные температуры вплоть до —70° С. В этом случае в термометре целесообразно установить микроамперметр на 100 мкА с нулем в середине шкалы.
Полупроводниковые термометры очень удобны для дистанционного измерении температуры. Например, поместив несколько групп диодов в различных точках холодильника, путем переключения их можно контролировать температуру соответствующего участка. Другой пример — измерение температуры поверхности земли и околоземного слоя воздуха. В условиях сельской местности это имеет большое значение, так как может предупредить о наступлении весенних и летних заморозков на почве. Следить за температурой почвы или воздуха в саду или в огороде можно по показаниям прибора, установленного непосредственно в помещении. Возможны и другие варианты применения полупроводниковых термометров.
Как сделать переделку за полчаса популярного бюджетного цифрового термометра за копейки для контроля нескольких точек.
Понадобилось сделать постоянный контроль температуры в машине в салоне и за бортом.Был под рукой недорогой термометр с Али.Показывает постоянно температуру на ЖК экране.Представляет собой сам корпус с экраном и выносной датчик. Батареек хватает на 1,5 года.Заказывал ранее дополнительно датчики аналогичные для поделок.
Остается всего лишь подключить еще один датчик через переключатель.
Расположить сам цифровой термометр и мини переключатель не составляет особого труда( у каждого в зависимости от марки машины и фантазии).
Так же можно подключать несколько датчиков по этому принципу для контроля температуры например в гараже, в подвале, теплице и т.д.
Добавочный кабель к датчикам особых погрешностей в измерении не дает( вы же не будете тянуть сотни метров)
Кому хочется сделать самому датчик -есть терморезисторы 10К они выглядят как капелька с двумя выводами ( если их использовать из-за небольшой массы будет меньше тепловая иннерционность).
В этом видео рассмотрен способ переделки за полчаса популярного бюджетного цифрового термометра за копейки для контроля нескольких точек.
Метки: термометр, переделка, многозонный
Комментарии 36
у этих термометров точность +/- 5градусов. и время опроса датчика минут 3-5…
молодец! У меня сын в 8 лет такое смастерил! правда с другим термометром, на ЛЕД
УЖ ЕСЛИ ТЕРМОМЕТР ТО ТАКОЙ ДО 4х датчиков bezkz.su/publ/300283-29-1-0-283.html а на ЖК экран замерзнет
Надо сделать а то после ремонта печки, слежу за показаниями, вот не плохо бы знать уличную при этом
Да уж, пост конечно на уровне.
Когда там уже кто-то напишет, как прикрутить светодиод к батарейке?)
или сделает мигалку светодиодом на ардуине )
Встроенным, на 13 пине))
Да уж, пост конечно на уровне.
Когда там уже кто-то напишет, как прикрутить светодиод к батарейке?)
Ну хотя бы на 155 логике переключатель, я бы оценил)))
Можно галетник поставить и кучу датчиков повесить) Температура возле правого переднего колеса, температура возле левого заднего колеса, температура в лючке бензобака, температура в бардачке, полёт фантазии не имеет границ!)
и пассажирам и себе подмышки разложить )))
В период пандемии нужная весч))) взял попутчика а на сиденье у него датчик в ж.у упёрся, херак тумблером и смотришь, не короновирусный ли))))
или вонючку противную вешать, если пассажир фукает, значит обоняние не пропало, значит без короны )
Vasiliy1980
Можно галетник поставить и кучу датчиков повесить) Температура возле правого переднего колеса, температура возле левого заднего колеса, температура в лючке бензобака, температура в бардачке, полёт фантазии не имеет границ!)
А к галетнику пассатижи приложишь!
Или моторчик и кнопочку.
Vasiliy1980
Можно галетник поставить и кучу датчиков повесить) Температура возле правого переднего колеса, температура возле левого заднего колеса, температура в лючке бензобака, температура в бардачке, полёт фантазии не имеет границ!)
Красиво пишешь. Тебе сюда точно надо andrik1969 . У него полмашины такими истыкано термометрами.
А зачем это чудо ещё и многозонное?
Там ошибка плюс минус килограмм. Терморезистор он своеобразный.
На термопаре надо нормальный делать.
Это точно, нигода, нигде в хромотографии не применяется терморезистор, как датчик, только термопара.Ни в одном точном тепловом приборе КИП также, только термопара.
Ох, не соглашусь я с вами. Очень широко на производстве применяются терморезисторы, тот же Pt100, например. Всё от конкретных задач зависит. Просто для обеспечения точности и исключения влияния длины проводов, их подключают по трёх- и даже четырех-проводной схеме. А куда тут в китайца третий провод совать?
А я пишу о точности процессов измерения, а то что применяются, конечно, но только не там, где нужна мак.точность.Работаю с нашими, японскими, американскими, швейцарскими прибрами и установками, везде термопары, но это не оценочное измерение в них, а точность задагич, нарастания, поддержания и спада температуры.
Да, может этим и обусловлено, констатирую просто факт по хромотографам шимадзу, кристалл и иже с ними.
а ещё в подобном исполнении существуют термостаты. При совсем детской цене они обладают взрослым функционалом: программируется поправка, режим "нагрев-охлаждение", гистерезиси пр. Все установки пишутся во флеш и не сбрасываются при снятии питания.
кроме того, такие показывающие приборы существуют с подсветкой, эти в темноте же не видно
Вернее это терморегуляторы, термостат, это сам прибор для поддержания постоянной температуры а вот она задается и меняется этим самым терморегулятором.
Андрику надо этот пост скинуть.
Для авто же есть от 12 вольт такие же и сразу с двумя датчиками и двумя линиями цифр.
ThermoPen – так автор назвал результат своей выпускной работы по физике в начале 2021 года. Целью данного проекта было создание компактного и точного бесконтактного термометра (Рисунок 1). Прибор был разработан, в частности, для проверки перегрева электронных компонентов на печатной плате и для устранения общих неисправностей. Благодаря компактным размерам (термометр выполнен в форме ручки), он пользовался широким спросом среди преподавателей и студентов, имеющих дело с электроникой.
Термометр оснащен инфракрасным (ИК) датчиком, преобразующим ИК излучение от объекта в электрический сигнал, который в дальнейшем преобразуется в температуру с помощью микроконтроллера. Что отличает ThermoPen от базовой концепции и других подобных приборов, так это дополнительные функции, полезные для пользователя, и миниатюрные размеры.
 | ||
| Рисунок 1. | ThermoPen – компактный ИК-термометр в форме ручки. | |
Отличительные особенности ИК-термометра:
- OLED дисплей, на котором отображается температура объекта, температура окружающей среды, максимальная и минимальная температура объекта;
- Звуковая индикация;
- Активация нажатием одной кнопки;
- Работа от Li-Ion аккумулятора, встроенная схема зарядки;
- Лазерный светодиод, действующий как указатель.
Принцип работы
Перед сборкой ИК-термометра важно понять, как он устроен, и как работает. Блок-схема ИК-термометра изображена на Рисунке 2.
| Рисунок 2. | Блок-схема ИК-термометра ThermoPen. |
При нажатии кнопки на схему подается питание и запускается инициализация периферии МК, раздается звук включения. Через 1 секунду включается лазерный диод, и на OLED дисплее в реальном времени отображаются данные, считанные с датчика термометра. В коде программы также вычисляются минимальная и максимальная температура, напряжение и емкость аккумулятора. После отпускания кнопки питания прибор работает еще 4-5 секунд, что возможно благодаря конденсаторам.
Дополнительно предусмотрены несколько светодиодов, сообщающих о состоянии аккумулятора (заряжается, заряжен, низкий заряд) и о включении питания. Для зарядки аккумулятора установлен разъем microUSB на отельной плате.
Принципиальная схема
Принципиальная схема ИК-термометра изображена на Рисунк 3. МК ATmega328P кварцевым резонатором с частотой 8 МГц (у Arduino Nano 16 МГц), что связано с повышением эффективности работы от аккумулятора. ИК-датчик и OLED-дисплей подключаются к МК по интерфейсу I 2 C, управление лазерным диодом и зуммером осуществляется цифровыми портами МК. Напряжение аккумулятора измеряется внутренним АЦП МК (канал A0).
| Рисунок 3. | Принципиальная схема ИК-термометра ThermoPen. |
Схема питания прибора представляет собой повышающий преобразователь, выполненный на микросхеме TPS61090. Выходное напряжение преобразователя стабилизировано на уровне 5 В. Схема включения TPS61090 взята от платы расширения Arduino Adafruit Power Boost 500 для питания устройств от Li-Ion аккумулятора [2].
Схема зарядки Li-Ion аккумулятора выполнена на микросхеме MCP73831. В начале зарядки загорается желтый светодиод (D1); об окончании зарядки свидетельствует зеленый светодиод (D2).
Схема и печатная плата разрабатывались в бесплатной САПР KiCad. Для минимизации размеров печатной платы ИК-термометра большинство резисторов и конденсаторов выбраны в корпусах для поверхностного монтажа типоразмера 0805.
Корпус прибора
Автор также разработал корпус ИК-термометра для печати на 3D принтере (Рисунок 4). 3D модель разрабатывалась в САПР Solidworks. Для укладки проводов внутри корпуса, надежного крепления аккумулятора типоразмера 18650 и печатной платы, был выбран квадратный профиль. Для максимальной точности лазерный светодиод расположен непосредственно рядом с ИК-датчиком. При таком расположении лазерный диод не заметен. В корпусе предусмотрены два отверстия для светодиодов состояния зарядки. Корпус спроектирован со сдвижной нижней крышкой с пластиковой защелкой. Пластиковые защелки надежно удерживают печатную плату в корпусе.
 | ||
 | ||
| Рисунок 4. | Проект корпуса ИК-термометра и 3D вид. | |
Проектные файлы окончательного варианта корпуса (не прототипа) также доступны для скачивания. Расположение компонентов в корпусе показано на Рисунке 5.
 | ||
 | ||
| Рисунок 5. | Компоновка компонентов ИК-термометра в корпусе. | |
Монтаж компонентов
Одна из самых сложных задач проекта заключалась в монтаже элементов на печатную плате, поскольку достаточно большое их количество требовало различных методов пайки и соответствующего оборудования (Рисунок 6).
 |  |
| Рисунок 6. | Внешний вид печатной платы ИК-термометра. |
Для пайки элементов потребуются микроскоп или лупа, печь оплавления для пайки МК и микросхемы повышающего преобразователя, паяльник с тонким жалом. Ввиду наличия подложки следует обратить внимание на качество пайки микросхемы повышающего преобразователя.
На плате вы заметите несколько сквозных отверстий под разъемы. Эти отверстия предназначены для подключения компонентов за пределами печатной платы: лазерного светодиода, OLED дисплея, разъема microUSB для зарядки, контактов отсека аккумулятора, а также сигналов интерфейса внутрисхемного программирования МК.
Программный код и программирование МК
В скетче Arduino используются библиотеки для работы с OLED экраном, отображения графических элементов и библиотека для ИК-датчика.
Для программирования микроконтроллера на плате предусмотрены контакты подключения внутрисхемного программатора, но можно в качестве программатора использовать другую плату Arduino Uno/Nano (Arduino as ISP; соответствующий скетч поставляется с Arduino IDE) [3].
Изначально автор пытался использовать режим пониженного энергопотребления (sleep) МК в случае продолжительной работы, однако реализовать стабильную работу прибора с использованием режимов пониженного энергопотребления не удалось.
Точность измерения температуры зависит только от ИК-датчика и его состояния, поскольку калибруется он в заводских условиях. Зуммер срабатывает при превышении установленного порога температуры, значение которой задается в программе МК (установлено значение 120 °С).
Решил я сделать двухканальный термометр, только не обычный, а с беспроводным датчиком для улицы. Идея конечно не новая, на рынке уже имеются подобные термометры промышленного производства. Так как у меня были наработки по подключению радиомодулей к микроконтроллеру, я начал разрабатывать свой вариант беспроводного термометра.
Для измерения температуры я использовал распространенные датчики DS18B20, для отображения показаний применил не менее популярный ЖК дисплей Nokia 5110. Радиомодули и алгоритм передачи данных я рассматривал ранее в статье про передатчик и приемник на 433 МГц
Ниже представлена схема беспроводного датчика на микроконтроллере PIC12F675.
После подачи питания микроконтроллер считывает значение температуры с датчика BK1 и отправляет эти данные на радиопередатчик A1, после чего происходит переход в спящий режим. Пробуждение микроконтроллера происходит по прерыванию, которое генерируется изменением уровня на линии GP0. К этой линии подключена RC цепочка на элементах R2 и C4, которая выполняют функцию таймера. При выходе из спящего режима на линии GP0 устанавливается низкий логический уровень, тем самым конденсатор C4 разряжается. Перед уходом в “сон” линия настраивается на вход, конденсатор начинает заряжаться через резистор R4, при достижении порогового напряжения (около 1,2В) происходит прерывание и пробуждение микроконтроллера. При указанных на схеме номиналах R2, C4 период пробуждения составляет примерно 5 минут. Установив перемычку JP1, можно сократить период до 5,5 секунд. Путем подбора конденсатора и резистора можно настраивать желаемое время периода, но при этом надо учитывать ток заряда конденсатора, в плане энергопотребления.
Значение температуры по радиоканалу передается в виде пакета из 3-х байт, последний байт представляет собой контрольную сумму первых 2-х байт. Алгоритм передачи данных, который я использую, в принципе позволяет обходиться без контрольной суммы, вероятность приема неправильных данных низкая. Скорость передачи составляет 3,3 Кбит/сек. Каждый раз после измерения температуры отсылается 3 пакета байтов, пауза между пакетами составляет 10 мс, такой вариант передачи я применил для увеличения надежности получения данных приемником. Это связано с тем, что приемная сторона прерывает прием сигнала на 4-5 мс, во время измерения температуры с внутреннего (домашнего) датчика.
В качестве питания используется батарея 6F22 на 9В (“Крона”), модуль радиопередатчика A1 питается напрямую от батареи. Для питания микроконтроллера используется микромощный стабилизатор напряжения DA1 (MCP1702) на 5В, собственный ток потребления стабилизатора составляет всего 1-2 мкА, максимальный ток нагрузки до 250 мА. Стабилизатор MCP1702 можно заменить на LP2950, ток потребления которого выше и составляет 75 мкА. Обычные стабилизаторы напряжения типа L78хх имеют большой ток потребления в несколько миллиампер, поэтому не годятся для аппаратуры с батарейным питанием. Ток потребления устройства в спящем режиме меняется с течением времени по мере заряда конденсатора С4, первые 2,5 минуты потребление составляет 10 мкА, последующие 2,5 минуты ток плавно увеличивается, до момента выхода из спящего режима. Данное явление возникает из-за наличия токов переключения входного буфера микроконтроллера.
Хочу отметить, что при низких температурах емкость батареек уменьшается быстрее, не все типы батареек можно использовать в таких условиях. Лучшими показателями при отрицательных температурах обладают литиевые батарейки, далее следуют Ni-Mh аккумуляторы, щелочные батарейки занимают третью позицию, солевые элементы не пригодны для таких условий.
Ниже представлена схема термометра на микроконтроллере PIC16F628A.
Дисплей HG1, датчик BK1 и микроконтроллер питаются напряжением 3,3В от стабилизатора DA2. Такое значение было выбрано в связи с характеристиками дисплея, максимальное напряжение питания которого составляет 3,3В, кроме этого отпадает необходимость в согласовании уровней напряжения между линиями ввода/вывода дисплея и микроконтроллера. Модуль приемника A1 питается от стабилизатора DA1, с выходным напряжением 5В. Резисторы R6, R7 установлены для согласования уровней напряжения.
Микроконтроллер DD1 считывает значение температуры с датчика BK1 каждые 2 секунды, параллельно принимает сигнал с приемника, при получении пакета байтов от передатчика вспыхивает светодиод HL1. В верхней части дисплея отображается надпись “Дом”, под которой выводится значение температуры с внутреннего (домашнего) датчика, ниже отображается надпись “Улица” и температура, полученная от беспроводного датчика. После приема данных по радиоканалу, микроконтроллер запускает таймер, который ведет отсчет времени для контроля получения данных. Если данные не были получены за период отсчета таймера, вместо показаний температуры, на дисплее высвечивается символы тире “- – – – -”. Время отсчета можно задать в пределах 1-15 минут с шагом в одну минуту. Для этого, перед программированием микроконтроллера, необходимо записать число от 1 до 15 в ячейку EEPROM с адресом 0x00. По умолчанию устанавливается период в 7 минут. При неисправности датчиков BK1, для обоих устройств, вместо значения соответствующей температуры, выводится надпись “ERROR”. Кнопка SB1 управляет подсветкой дисплея, по умолчанию подсветка включена. Кнопка SB2 предназначена для регулировки контрастности дисплея, так как у разных экземпляров она может отличаться.
Обновленная версия прошивки, добавлено автоматическое выключение подсветки дисплея через 6-8 секунд, а также сохранение значения контрастности дисплея в EEPROM память, чтобы не настраивать заново контрастность при выключении питания.
Обновленная прошивка термометра
Читайте также: