Термометр usb своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 05.10.2024
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.
Сегодня мы рассмотрим возможность использования UART-to-I2C/SPI/1W шлюза для подключения к компьютеру датчиков температуры DS18B20, то есть фактически будем делать USB-термометр. Причём термометр мы будем делать не простой, а с возможностью передачи данных по сети.
Нам понадобятся: шлюз UART-to-I2C/SPI/1W, USB-to-UART конвертер, датчик температуры DS18B20 фирмы Dallas, монтажные провода и специальное ПО. Конвертер USB-to-UART можно взять любой, однако лучше взять вот такой (с нашего сайта). Во-первых, его разъём UART — это ответная часть разъёма UART шлюза, поэтому для их соединения вам не придётся ничего изобретать. Во-вторых, наш конвертер позволяет не только организовать обмен данными между шлюзом и компьютером, но и запитать шлюз (причём любым напряжением: +3,3В или +5В, оба они присутствуют на разъёме конвертера как раз в нужных местах). Вариант со шлюзом и нашим USB-to-UART показан на фотографии справа.
Cоединив вместе USB-to-UART и UART-to-I2C/SPI/1W шлюз, мы, фактически, получаем уже USB-to-I2C/SPI/1W шлюз. Теперь остаётся только подключить к ниму датчик температуры. Датчик DS18B20 нужно подключать к разъёму XT3 шлюза. Это делается следующим образом: первую ногу датчика подключаем к выводу COM (минус питания), третью ногу — к выводу Supply (плюс питания) и, наконец, вторую ногу датчика — к выводу MOSI/1W/DATA (линия передачи данных). Всё, собранную схему можно втыкать в USB-порт компьютера.
Чтобы считывать с помощью собранной схемы измеряемую датчиком температуру нам осталось сделать всего две вещи:
Во-первых, нужно установить на компьютер драйвера для USB-to-UART преобразователя. Преобразователь, предлагаемый на сайте, сделан на базе чипа cp2102 фирмы silabs, дрова для него (VCP Drivers) можно скачать на их официальном сайте, вот по этой ссылке.
Когда драйвера на USB-to-UART конвертер установлены — при его подключении к USB-порту у вас в диспетчере устройств будет появляться виртуальный com-порт. Именно через этот виртуальный com-порт специально написанная программа будет общаться со шлюзом.
Во-вторых, нужно запустить специальную программу, которая при подключении с виртуальному com-порту автоматически настраивает шлюз на работу с однопроводной линией и далее периодически опрашивает подключенный к шлюзу датчик и отображает считанное с него значение температуры (ссылки для скачивания программы и её исходников можно найти в конце статьи).
Программа специально выложена с исходниками, всяческие перепиливания / допиливания — приветствуются, ниже даны полезные ссылки, которые могут вам в этом помочь:
--> -->
--> Ваш браузер
chrome 27.0.1500.55
USB термометр
Давно у меня родилась идея сделать USB термометр, однако нужды не было, и идея покоилась. Както у друга в гостях заметил пару USB флешек. Одна была дохлая и досталась мне нахаляву. С недавнего времени постоянно за ними охочусь, т.к. в большинстве случаев сгорает контроллер, а NAND flash живая + SMD кварц. А такое на дороге не валяется.
Так вот, с этой флешки я поимел: SMD кварц на 12 МГц, USB штекер на плату и маленький корпус, а также развитие идеи USB термометра.
В течении недели были разработаны:
1. Схема устройства;
2. Разводка печатной платы под имеющийся корпус;
3. Программа для МК ATtiny45;
4. Программа-хост (даллее просто хост) для приема данных от МК.
В общем, хост работет по следующему алгоритму:
1. По таймеру (раз в 2 секунды) запускаем поиск нашего девайса. Критерии поиска - текстовые имена производителя (vendor) и устройства (product);
2. Принимаем информацию от устройства с многочисленными проверками на ошибки. Если таковые возникают - ставим значек "NA" - no access;
3. Отдаем команду чтения температуры из датчика. Ждем;
4. Отдаем команду начала измерения температуры;
5. Возврат к пункту 1 через 2 сек.
Вроде бы все сказал. ах вот, это устройство я преподнес в виде подарка на день рождения тому самому другу, у которого схалявил дохлую флешку.
Вот несколько фото готового устройства.
Большинство таких приставок-измерителей температуры подключаются к usb ПК, но мы рассмотрим более простой вариант, доступный для повторения начинающим радиолюбителям.
Здесь в качестве входа для считывания показаний будет использован микрофонный вход Mic. Можно взять для этого большой домашний ПК, ноутбук или планшет.
Термометр подключается к микрофонному входу компьютера и будет полезен там, где нужно не просто видеть текущую температуру (для этого достаточно обычного простого термометра на МК), а записывать динамику изменения - отслеживать процесс на протяжении длительного времени. Это превращает термометр в настоящий термограф и может быть полезно в животноводстве или предприятиях пищевой промышленности.
Чувствительным элементом схемы служит терморезистор. Настройка устройства заключается в выставлении температуры при помощи настроек микрофонного входа.
Вместо микросхемы К561лн2 можно применить любую другую КМОП. Желательно устройство поместить в экранированный корпус, для снижения внешних помех. Так как питание во входе 2,5 вольта, то некоторые экземпляры 561лн2 могут не работать - советую поменять на более неприхотливые HEF4069.
Измерения температуры и её запоминание в виде графика производятся в программе ТЕРМОГРАФ . В программе отображается уровень сигнала - он должен быть не менее 20-30 единиц. Автор конструкции: Руслан Р.
Читайте также: