ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

TEMPERATURE MEASUREMENT USING MICROCONTROLLER

Ilya Minchenko

assistant professor of radio-electronic means, PhD of the St. Petersburg State Electrotechnical University “LETI,

Russia, Saint Petersburg

Ivan Shirshov

student of the St. Petersburg State Electrotechnical University “LETI”,

Russia, Saint Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается проект возможной реализации электронного термометра, выполненного на базе микроконтроллера ADuC841. Термометр предназначен для измерения температуры на открытых пространствах, помещениях, холодильных камерах и фармацевтических контейнерах. Пределы измерения: -100…+100°С.

ABSTRACT

The article discusses the project realizable electronic thermometer provided on the basis of ADuC841 microcontroller. The thermometer is designed for temperature measurement in open spaces, rooms, cold rooms and pharmaceutical containers. Measurement range: -100...+100°C.

Ключевые слова: микроконтроллер, температура, датчик резистивный, термометр, градации напряжения, усилитель.

Keywords: microcontroller, temperature, resistive sensor, a thermometer, a voltage gradation amplifier.

Устройства измерение температуры являются неотъемлемой частью современной промышленности, они используются в медицине, металлургии, машиностроении, в любых производствах, где требуется температурный контроль. Без них не обходятся современные бытовые приборы (холодильники, духовки) и устройства контроля микроклимата в помещении и транспорте (кондиционер).

В своей работе Я спроектировал устройство измерения температуры на основе микроконтроллера ADuC841. Для начала был проанализирован Российский рынок микроконтроллеров, где было отдано предпочтение именно семейству Analog Devises, предназначенных работать с аналоговыми сигналами, имеющих 12-и разрядный АЦП и ЦАП и имеющий встроенную флэш-память.

Датчик мы выбираем платиновый резистивный. Платина, являющийся благородным металлом, имеет отличные характеристики, среди которых высокая линейность преобразования, химическая стабильность, малые габариты, долговечность и способность выдерживать высокие температурные нагрузки.

Среди дополнительного оборудования для моего термометра, есть стабилизатор тока и устройство оптимизации градаций напряжения. Первый нам необходим для поддержания заданного значения тока в электрической цепи, второй, для оптимального использования выделенных границ напряжения.

Для отображения измеренной температуры в десятых долях градуса используется 8-и сегментный индикатор, к нему добавлен светодиод, предназначенный для отображения знака температуры.

Измерение проходит путем изменения напряжения на резистивном датчике в зависимости сопротивления от температуры. Набор полученных напряжений поступает на АЦП, после чего идет процессор, где уже проходит сопоставление напряжения с градусами, после чего сигнал идет на индикатор. Так же существует система предупреждения, срабатывающая, если измеренная температура вышла за рамки установленного предела (-100°С …+100°С) – она выполнена в виде мигающего индикатора.

Также представлена принципиальная схема устройства. Описание:

В схеме стабилизатора тока операционный усилитель D1 поддерживает падениенапряжения на резисторе R1 равным опорному напряжению U0. Усли входной ток D1 много меньше тока I0 = U0/R1, то Iэ1 = I0, где Iэ1 – эмиттерный ток первого транзитора. Нагрузку в стабилизатор можно включать в коллектор транзистора T1 вместо резистора R2.

Транзисторы Т1 и Т2 использующиеся в стабилизаторе тока выбираем стандартные

Клавиатура SW1 предсталяет собой простую кпопку DTSM-32N, чье предназначение – подача питания на датчик и стабилизатор тока, тем самым начиная процесс измерения.

На индикаторе используется SMD-светодиод FYLS-0805GC фирмы Foryard Optoelectronics. На схеме он отображен как VD2 – он требуется для отображения знака “минус” в случае замеров отрицательных температур.

В ФНЧ используется блокировочный конденсатор серии GRM21B фирмы Murata номиналом 0,1 мкФ.

В схеме стабилизатора напряжения установлен защитный диод 1N4007 фирмы Diodes Incorporated обозначением VD1 анодом на землю, также присутствует во входной цепи стабилизатора между защитным диодом и конденсаторами дроссель серии SDR0604 фирмы Bourns номиналом 22 мкГн.

Микроконтроллер ADuC841 имеет 52 вывода – на принципиальной схеме изображена только часть из них:

• Выводы ADC0…ADC7 – это аналоговые входы мультиплексора выход которого идет на АЦП. На один из этих входов поступают наши сигналы с датчика.
• Вывод DAC0 – выход напряжения смещения, которое подается на усилитель DA3.
• Вывод DAC1 – выход, на котором осуществляется питание ЦАПа.
• Выводы AGND и DGND заземлены, они соответственно являются заземлением аналогового и цифрового каналов.
• Вывод RES (RESET) – сброс. Заземлен.
• Выводы P0.0 … Р0.7 – являются каналом связи с 8-и разрядным индикатором DA4 LTD056BSR.
• Выводы Р0.1 … Р0.2 осуществляют динамическую индикацию. Соединены с индикатором DA4.
• Вывод ALE (Address Latch Enable, Logic Output) предназначен для работы с внешней памятью.
• Вывод PSEN предназначен для возможности ввода в процессор кода программы и редактирования в случае надобности. На нем ставится резистор номиналом 1 кОм и джампер, который представляет собой перемычку, позволяющую выставить режим работы устройства замыканием (размыканием) нескольких контактов. Здесь же надо сказать, что ранее весьма часто джамперы использовали для выставления частоты системной шины для процессора на материнских платах, для аварийного сброса настроек энергонезависимой памяти на материнских платах.

Датчик мы выбираем RTD РТ100, резистивный, платиновый. Он удовлетворяет условиям задачи и доступен в приобретении.

Термометр предназначен для измерения температуры в реальном времени в помещении, так же может быть использован в холодильных камерах или переносных фармацевтических холодильниках. Может быть добавлена в функционал возможность контроля и изменения температуры.

В итоге, проделанные мной исследования помогли разобраться в основных принципах измерения температуры и вывели разные возможности реализаций устройств контроля и измерения температуры.

Рисунок 1. Принципиальная схема устройства

Список литературы:

1. Интегральная электроника в измерительных устройствах / Гутников В.С. – 2-ое изд., 1988 г.
2. Микропроцессорное управление технологическим оборудованием микроэлектроники: Учеб. пособие для высших учебных заведений / А.А. Сазонов, Р.В. Корнилов, Н.П. Кохан и др. Под редакцией А.А. Сазонова, 1988 г.