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を備えた温度計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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さまざまな電子デジタル体温計の説明がラジオ誌のページに繰り返し掲載されてきました。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非ディスクリートデジタル測定要素が含まれていました。非ディスクリート素子を使用して構築された温度-周波数コンバータは校正が必要であり、（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。 XNUMX。

タイマーまたはサーモスタット制御機能付き温度計

その基礎となっているのは、人気のあるマイクロコントローラー (MCU) PIC16F84A (DD1) です。温度を測定するには、MAXIM の統合デジタルセンサー (BK1) DS18B20 を使用しました。この超小型回路は校正を必要とせず、-55 ～ +125 °C の周囲温度を測定できます。また、-10 ～ +85 °C の範囲では、メーカーは絶対測定誤差が ±0,5 °C 以下であることを保証しています。。 DS18B20 センサーは、以前は Dallas Semiconductor ブランドで製造されていたよく知られた DS18X2X ファミリの最も先進的なセンサーです。類似機能の DS1820 および DS18S20 とは異なり、測定を開始する前に、必要な温度変換の相対精度を次の値の範囲から設定できます。 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ミリ秒と375ミリ秒。

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。

VK1 センサーと DD1 マイクロコントローラー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 1-Wire データ伝送バスを介して行われます。各 DS18B20 には、製造時に ROM にレーザーで書き込まれた固有の 48 ビット番号があり、事実上任意の数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のに費やされる合計時間です。

1 秒の周期で、MK DD1 はセンサー BK1 にコマンドを送信して、精度 0,0625 °C で温度測定プロセスを開始し、前回の測定結果をセンサー BK12 から受け取ります。送信側が受信した測定温度に対応する 1 ビットコードは、0 進数形式に変換され、1 分の 2 度に四捨五入され、ダイナミックモードで HG6 LED インジケータに表示されます。電圧ログを適用することによって。出力 RAO、RA4、RA12,3 のいずれかに 81 を入力すると、MK はインジケーターの対応する桁をオンにし、この桁に表示されている桁の XNUMX 要素コードを RBO-RBXNUMX 出力に出力します。表示温度の全体部分と小数点温度を分けるインジケータ上の点は、オープンドレイン出力 RAXNUMX を介して MK によって制御されます。インジケーターの XNUMX 桁すべての表示期間は約 XNUMX ms (周波数 - XNUMX Hz) です。

このデバイスは 19,9 桁のインジケータを使用しているため、-99,9 ～ +0,1 °C の範囲では 55 °C の精度で温度が表示され、-20...-100 および +125... の範囲では温度が表示されます。 + 1 °C - 2 °C までの精度。さらに、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 度の精度で温度を表示することは無意味になります。

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 RAO-RA2 の電圧を高論理レベルに設定します (これは、すべてのボタンをオフにすることに相当します)。ビット RB1、RB4 は入力用に再構成され、+0 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ます。、SB5 または SB6 ボタンを押すと、RB5、RB1 の高い論理電圧レベルが、MK によって監視される低い論理電圧レベル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 SB2、SB5 を通る出力 RA6 と RB4、RB5 の間の電流は抵抗 R6、R1 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。。

サウンド信号がオンになると、コレクタ回路にサウンドエミッタ HA1 が接続されたトランジスタ VT1 のカスケードが動作すると、デバイスの消費電流が大幅に増加するため、MK プログラムはインジケータをオフにするようになっています。信号の継続時間。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供給され、コンデンサ C1 の両端に大きな電圧降下が発生します。 MK と温度センサーへの安定した供給電圧を維持するために、統合電圧安定化装置 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。音声アラームが必要ない場合は、DA5 マイクロ回路とコンデンサ C815 を削除できますが、この場合、D2E (VD815) を安定化電圧 5,6 V の DXNUMXA ツェナーダイオードに置き換える必要があります。

タイマー機能付き温度計のコード「ファームウェア」ROMMKを表に示します。 1。

（クリックして拡大）

SB1 ボタンを押すと、短いビープ音が鳴り、インジケーターにはビープ音までの残り時間が表示されます。タイマーに時間が設定されていない場合は 0 (最下位桁) が表示されます。必要な遅延時間 (1 ～ 99 分以内。SB2 ボタンを押して入力します (SB1 を放さずに)。この場合、インジケーターの読み取り値は 2 Hz の周波数で自動的に増加し始めます。希望の値に達すると、ボタンを放すと、温度測定値は SB1 ボタンを放してから 1 秒後に戻ります。指定された時間が終了すると、デバイスは周波数 10 Hz の断続的な音声信号を 1500 秒間放射します。

テーブル内図 2 は、MK の「ファームウェア」コードを示しています。これにより、説明したデバイスに、制御された環境で所定の温度を ±1 °C の精度で維持するサーモスタットを制御する機能が与えられます。

（クリックして拡大）

温度 (-54...+124 °C の範囲) の表示と設定は、前の場合と同様に、SB1 および SB2 ボタンを使用して実行されます。設定温度値は 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そこからロードされます。

サーモスタットを備えたデバイスが動作している場合、冷蔵庫のヒーターまたはコンプレッサーを制御する信号は出力 RA3 から削除され、カスケードの代わりにオプトシミスタリレーがトランジスタ VT1 に取り付けられ、アクチュエータまたはコンタクタの電力を制御します。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考えられるバージョンの図を図に示します。 2.

タイマーまたはサーモスタット制御機能付き温度計

表に記載されています。 2 MK の「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、MK の RA3 出力にログ信号が表示されます。制御環境の温度が +1 °C を下回ると 29 (ヒーターをオンにすることに対応) しますが、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。表内の最初の下線付きバイト (02) がその値を「担当」します。 2: 「01」に置き換えるとヒステリシスは 1 °C に減少し、「03」に置き換えると 3 °C に増加します。ヒステリシスが小さいほど、設定は正確になります。温度は制御された環境で維持されますが、アクチュエータのオンとオフのサイクルが繰り返されることが多く、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、信号はログになります。温度が指定された制限を超えてログレベルに変化すると、出力 RA1 で 3 が表示され、冷却システムがオンになります。温度が指定された制限値を下回るとすぐに 0 になります。この場合も、表内の最初の下線付きバイトの値によって指定されたヒステリシスが考慮されます。 2. この動作モードを実装するには、表の下線付きの 2 バイト目、3 バイト目、4 バイト目をそれぞれ「19」、「15」、「11」に置き換える必要があります。

プログラムのソーステキスト

MK をプログラミングするときは、ジェネレータタイプ - HS、WDT、および PWRT タイマー - 有効を指定する必要があります。

温度計のすべての部品は、両面フォイルグラスファイバー製のプリント基板に取り付けられています (図 3)。

タイマーまたはサーモスタット制御機能付き温度計

このボードは、MLT 抵抗、KD コンデンサ (C1、C2)、定格電圧 73 V の K17-400V (C3)、KM (C7)、および K50-35 (その他) を取り付けるよう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、部品は基板の両側に取り付けられます（位置指定が示されている場所）。ワイヤジャンパは、取り付け時に、図面で近くの点でマークされている接触パッドの穴にはんだ付けされます (そ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 LED インジケータ HG3212 は、20 つの 20 桁 LSD12-XNUMX (緑色) から組み立てられており、XNUMX 素子 (セグメント) あたりの消費電流が XNUMX mA 以下であれば他のものと置き換えることができます。所定の位置に取り付ける前に、XNUMX 個のインジケータのリード線がハウジングのすぐ近くで切断されます。

78L05 (DA1) 統合スタビライザーを、+5 V の安定化電圧を持つ他のスタビライザーと置き換えることができます。HA1 サウンドカプセルエミッターは、巻線抵抗が 8 ～ 25 オームの小型のものです (著者が使用したもの) NS0903A電磁エミッタ）。

厳しい気候条件で温度計を使用する場合は、拡張温度範囲 (ケースに「+5 °C 以上」とマークされている) を持つ酸化物コンデンサ C6 および C105 を選択する必要があり、PIC16F84A MK は E/ P バージョン。このチップが -40 ～ +125 °C の温度で動作できることを示します。この場合、実装された温度計基板は密閉されたプラスチックケースに入れられ、封止剤（例えばエポキシ樹脂）が充填されます。ボタン用の穴の内側は薄いゴムで密閉され、その後、ケース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、得られたゴム膜の両側、ボタン SB1 の上に接着されます。そしてSB2。これにより、デバイス要素が外部環境から完全に隔離されます。通常使用する場合はシールする必要はありません。

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.Koryakov、Shakhty、ロストフ地方

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