タイマーまたはサーモスタット制御機能を備えた温度計。スキーム、説明

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タイマーまたはサーモスタット制御機能付き温度計

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さまざまな電子デジタル体温計の説明は、さまざまな情報源で繰り返し公開されています。通常、それらには温度-周波数変換器と、測定周波数を温度測定値に変換する個別のデジタル素子を使用した測定部分が含まれていました。個別の素子上に構築された温度-周波数変換器は校正を必要とし、（素子の温度特性の非線形性により）かなり限られた範囲内で許容可能な精度を達成することができます。最新の要素ベース（マイクロコントローラーと特殊センサー）の使用により、デバイスの回路設計が大幅に簡素化され、同時に測定の機能と精度が向上します。

提案された温度計の概略図を図1に示します。その基礎は、人気のあるマイクロコントローラー（MK）PIC16F84A（DD1）です。温度を測定するために、MAXIMの一体型デジタルセンサー（VK1）DS18B20が使用されました。このチップは校正を必要とせず、-55〜 +125°Cの周囲温度を測定できます。-10...+85°Cの範囲で、メーカーは±0,5°以上の絶対測定誤差を保証します。 C。 DS18B20センサーは、以前はダラスセミコンダクターブランドで製造されていた、有名なDS18X2Xファミリーの中で最も先進的なセンサーです。機能的類似体DS1820およびDS18S20とは異なり、測定を開始する前に、次の値の範囲から温度変換に必要な相対精度を設定できます。 0,5; 0,25°Cと0,125°C、測定時間はそれぞれ0,0625です。 93,75; 187,5および375ミリ秒。

タイマーまたはサーモスタット制御機能を備えた温度計。温度計の概略図
図1。温度計の概略図

DS18X2X センサーの動作原理は、異なる温度係数を持つジェネレーターによって生成される時間間隔内に、低い温度係数を持つジェネレーターによって生成されるパルスの数をカウントすることに基づいていますが、センサーの内部ロジックは次のことを考慮しています。両方の発電機の周波数の温度に対する放物線状の依存性を補償します。

センサーVK1とMKDD1の間の制御コマンドとデータの交換は、4 MHzの周波数で動作し、単線双方向データバス1-Wireを介して実行されます。各DS18B20には固有の48ビットシリアル番号があり、製造時にROMにレーザーエッチングされ、事実上任意の数のこれらのデバイスを同じバスに接続できます。制限要因は、主に、ネットワークに接続されているすべてのセンサーを順次ポーリングするために費やされた合計時間のみです。

1秒に等しい周期で、MK DD1はVK1センサーにコマンドを送信して、0,0625°Cの精度で温度測定プロセスを開始し、そこから前の測定結果を受け取ります。測定された温度に対応する送信者が受信した12ビットコードは1進形式に変換され、0分の0度に丸められ、動的モードでHG1LEDインジケータに表示されます。電圧ログを適用します。 2からRA0、RA6、またはRA4出力のいずれかに対して、MKはインジケータの対応するビットをオンにし、このビットに表示されている桁の12,3要素コードを出力RB81〜RBXNUMXに出力します。表示温度の整数部分と小数部分を分離するインジケータ上のポイントの制御は、MKがオープンドレイン出力RAXNUMXを介して実行します。インジケータのXNUMX桁すべての表示周期は、約XNUMX ms（周波数-XNUMX Hz）です。

デバイスは19,9桁のインジケータを使用するため、-99,9〜 + 0,1oСの範囲で、温度は55°Сの精度で表示され、間隔は-20-100および+125...+1°Сです。 -2°Cの精度で。また、これらの間隔では、温度測定の絶対誤差が±XNUMX°Cに増加するため、XNUMX分のXNUMX度の精度での温度表示は意味を失います。

インジケーターに情報を表示する各期間の終了時に、MK は SB1 および SB2 ボタンの状態をチェックし、出力 RA0 ～ RA2 に高論理レベルの電圧を設定します (これは、インジケーターのすべてのビットをオフにすることに相当します)。 HG1 インジケーター）、および出力 RA4 - ロジック電圧。 0. ビット RB5、RB6 は入力用に再構成され、+5 V 電源バスに接続された内部「プルアップ」抵抗がそれらに接続されるため、SB1 または SB2 ボタンを押すと、RB5 の論理電圧レベルが高くなります。、RB6 は MK によって監視される低いものに置き換えられます。これらの放電に接続された LED インジケータ要素は、それらを流れる逆方向の電流が無視できるため、表示される MK 入力の状態に大きな影響を与えません。ボタン SB4、SB5 を通る出力 RA6 と RB1、RB2 の間の電流は抵抗 R4、R5 によって制限されるため、情報を表示している間、ボタンを押し続けてもインジケーターの動作には影響しません。

このデバイスは、バラストコンデンサ C220 を介して 3 V の AC 主電圧から電力を供給されます。ダイオードブリッジ VD1 のおかげで、主電源電圧の両方の半波がツェナーダイオード VD2 を通過します。その結果、コンデンサC5の電圧リップルが大幅に低減され、電源から負荷に供給される最大電流を左右するコンデンサC3の容量を低減することが可能になります。

タイミング回路R1C4R2は、MCを開始する前に一時停止を形成します。これは、ネットワークでデバイスがオンになった後、コンデンサC5、C6の電圧がMCの正常な動作を保証するレベルまで上昇するために必要です。。

音声信号がオンになると、トランジスタVT1のカスケードがコレクタ回路に含まれるサウンドエミッタHA1で動作するようになると、デバイスが消費する電流が大幅に増加するため、MKプログラムは次のインジケータをオフにします。信号の持続時間。このカスケードは、コンデンサC5に蓄積されたエネルギーによって電力が供給され、コンデンサC1に大きな電圧降下をもたらします。 MCと温度センサーの安定した供給電圧を維持するために、一体型電圧レギュレータDA6と大容量酸化物コンデンサC1がデバイスに導入されています。可聴アラームが必要ない場合は、DA5チップとコンデンサC815を除外できますが、この場合、D2E（VD815）を安定化電圧5,6VのDXNUMXAツェナーダイオードと交換する必要があります。

タイマー機能付き温度計のMKROMファームウェアコードを表1に示します。 SB1ボタンを押すと、短いビープ音が鳴り、音声信号が鳴るまでの残り時間の値、またはタイマーの時間が設定されていない場合は0（下位）が表示されます。必要な時間遅延（1〜99分以内）は、SB2ボタンを押すことによって入力されます（SB1を離さずに）。同時に、インジケーターの読み取り値は2Hzの周波数で自動的に増加し始めます。目的の値に達すると、ボタンが離されます。 SB1ボタンを離してから1秒後に温度測定値に戻ります。設定時間の終了時に、デバイスは周波数10Hzの断続的な音声信号を1500秒間発信します。

表2は、MKのファームウェアコードを示しています。MKは、説明されているデバイスに、制御された環境で±1°Cの精度で特定の温度を維持するサーモスタットを制御する機能を提供します。温度の表示と設定（-54 ... + 124°Cの範囲）は、前の場合と同様に、ボタンSB1とSB2を使用して実行されます。設定された温度値は、MKの不揮発性データメモリに保存され、デバイスがネットワークに接続されるたびにMKからロードされます。

デバイスがサーモスタットで動作している場合、ヒーターまたは冷蔵庫のコンプレッサーを制御する信号は出力RA3から削除されますが、カスケードの代わりに、アクチュエーターの電源を制御するトランジスタVT1にオプトトライアックリレーが取り付けられます。コンタクタ。これにより、ヒーターまたはコンプレッサーが主電源に接続されます。このようなリレーの可能な変形の図を図2に示します。

タイマーまたはサーモスタット制御機能付き温度計
Ris.2。

表2に示すMKファームウェアは、発熱体を制御するように設計されています。たとえば、サーモスタットの設定温度が+ 30°Cの場合、RA3MKの出力にログ信号が表示されます。制御媒体の温度が+1°Cを下回ると29（ヒーターのオンに対応）ですが、温度が+ 31°Cに上昇するとすぐに、ヒーターはオフになります。したがって、ヒーターのオンとオフの間のヒステリシスは2°Cです。表02の括弧内の最初のバイト（2）は、その値に対して「責任」があります。（01）に置き換えると、ヒステリシスは1°Сに減少し、（03）に置き換えると、3°に増加します。 Сなど。ヒステリシスが小さいほど、制御された環境で設定温度がより正確に維持されますが、アクチュエータのオン/オフサイクルがより頻繁に繰り返され、その逆も同様です。

冷蔵庫のコンプレッサーを制御する場合、信号はログです。温度が指定された制限を超えると、冷却システムを含むRA1の出力に3が表示され、ログレベルに置き換えられます。温度が指定された制限を下回るとすぐに0になります。これも、表2の括弧内の最初のバイトの値で指定されたヒステリシスを考慮に入れています。この動作モードを実装するには、括弧で囲まれたテーブルの2番目、3番目、および4番目のバイトをそれぞれ（19）、（15）、および（11）に置き換える必要があります。

表1および表2を含むプログラムのソーステキストをダウンロードできます。故に。 MKをプログラミングするときは、次を指定する必要があります。ジェネレータタイプ-HS、WDT、およびPWRTタイマー-有効。

温度計のすべての部品は、両面ホイルグラスファイバー製のプリント回路基板に取り付けられています（図3）。このボードは、MLT抵抗、コンデンサKD（C1、C2）、定格電圧73 V（C17）のK400-3V、KM（C7）、およびK50-35（残り）を取り付けるために設計されています。デバイスの寸法を小さくするために、部品はボードの両側に取り付けられています（参照指定が示されています）。ワイヤージャンパーは、取り付け時に、図面上で近くのドットでマークされたコンタクトパッドの穴にはんだ付けされます（それらの機能は、コンデンサC7の出力によっても実行されます）。 1桁のHG3212LEDインジケータは、20つの20桁のLSD12-XNUMX（緑色のグロー）から組み立てられ、要素（セグメント）あたりXNUMXmA以下の消費電流で他のものと交換できます。設置する前に、XNUMX個のインジケーターのリード線がハウジングのすぐ近くで切断されます。

タイマーまたはサーモスタット制御機能を備えた温度計。温度計PCB
図3。温度計PCB

一体型スタビライザー78L05（DA1）は、安定化電圧が+5 Vのその他のものと交換できます。HA1サウンドエミッターカプセルは、抵抗が8〜25オームの巻線を備えた小型のカプセルです（著者HC0903A電磁エミッターを使用）。

過酷な気候条件で温度計を使用する場合は、酸化物コンデンサC5およびC6を、温度範囲を拡張して（ケース（+ 105°C）以上でマーク）、MK PIC16F84A-E/Pバージョンで選択する必要があります。このマイクロ回路は-40から+125°Cの温度で動作することができます。この場合、取り付けられた温度計ボードは密封されたプラスチックケースに入れられ、シーラント（エポキシなど）が充填されます。内側のボタンの穴は薄いゴムで密封され、その後、得られたゴム膜の両側で、ボタンSB1とSB2の上に、の穴の直径よりわずかに小さい直径のプラスチックの円があります。ケースは接着されています。したがって、外部環境からのデバイス要素の完全な分離が保証されます。通常の状態で使用する場合は、シールを省略できます。

温度センサーを温度計ケース内に配置することは不可能です。これは、周囲温度が変化したときに測定誤差（要素の加熱による）と温度計の読み取り値の慣性の増加につながるためです。設計ソリューションのXNUMXつは、センサーチップを適切なサイズのガラス製薬剤アンプル内に配置することです。アンプルと温度計ケースからのフレキシブルケーブルの出口点には、シーラントが注意深く充填されています。 XNUMX芯ケーブルの長さは、数センチメートルから数十メートルになります。

修理可能な部品から組み立てられ、取り付けエラーがないため、デバイスを調整する必要はありません。

著者：S.コリャコフ、シャフティ、ロストフ地方。出版物: radioradar.net

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