Термометр двухканальный для авто на avr. Электронный термометр с беспроводным датчиком

В строительстве с измерением температуры мы сталкиваемся постоянно: температуру нужно контролировать при обжиге клинкера в процессе производства цемента, соблюдение температурных режимов важно при пропарке бетона и монолитном бетонировании, не обеспечив тепловой контроль невозможно правильно приготовить асфальтобетонную смесь, при проведении испытаний бетонов на морозостойкость также важно выдержать температурный режим. Для решения каждой из этих задач нужны разные термометры: на различные диапазоны температур, с разными датчиками (температуры среды, температуры поверхности), одноканальный термометр, двухканальный термометр, многоканальный термометр, с режимом регистрации и без него.

Любая строительная задача, связанная с тепловым контролем, может быть решена при помощи приборов компании «Интерприбор». Это возможно благодаря широкой номенклатуре подключаемых к приборам датчиков. Включение того или иного датчика в комплектацию прибора теплового контроля позволит покупателю приобрести прибор, предназначенный для конкретных целей.

Виды датчиков температуры

Среди датчиков для приборов контроля температуры выделяют:

• Серию датчиков температуры поверхности: ТЗ-П и ТЗ-ПО. Датчик ТЗ-П разработан для измерения температур криволинейных поверхностей. Его отличает высокое быстродействие за счёт исполнения на ХК-термопаре при относительной погрешности ±2,0%. Конструкция датчика ТЗ-ПО обеспечивает точность ±0,5% (в диапазоне температур –50…+100 С) при измерении температуры поверхности тел с относительно низкой теплопроводностью (стекло, бетон и т.д.). ТЗ-ПО выполнен на основе малоинерционного платинового элемента Pt1000.
• Датчики температуры среды также имеют несколько исполнений: ТЗ-С, ДТС-1.0 и ДТС-1.4 . Датчик ТЗ-С выполнен на ХК-термопаре, его отличительной особенностью является повышенное быстродействие и широкий диапазон измеряемых температур при точности измерения ±1,0%. Датчики ДТС-1.0 и 1.4 это цифровые датчики температуры с повышенной точностью измерения ±0,5% в узком диапазоне температур –10…+85 С и диапазоном –55…+125 С при точности ±2,0%. Датчик ДТС-1.4 отличает более высокое быстродействие за счёт особенностей конструкции.

25.11.2012 Внимание! Программа термостата обновлена до версии v2b_1.

Представляю Вашему вниманию свое устройство — двухканальный термометр-термостат. Термостат был сделан мною по просьбе родственников, для поддержания в ящике с картошкой постоянной температуры. Если в другие годы в нём не было необходимости, то прошлая зима показала, что он необходим.

В качестве датчиков использовал DS18B20. Микроконтроллер (ATmega8) работает от внутреннего задающего генератора на 4 мГц (дополнительно, на плате предусмотрена возможность установки кварца). Из-за артефактов динамической индикации (заметно было подмигивания в момент опроса датчика) пришлось отказаться от чтения ROM датчика и подсчёта CRC. Тем не менее, в устройстве используются два датчика, которые подключены к разным выводам МК. Один измеряет температуру наружного воздуха, другой в ящике. Термостатирование организовано только для датчика №2 (ящик).

Термометр-термостат разделён по двум корпусам. В одном управляющая часть и дисплей, в другом блок питания и реле управления нагрузкой. На плате управления предусмотрена установка стабилизатора питания с конденсаторами для питания микроконтроллера, но так как питание приходит и так 5 v он не впаян (в случае питания от блоков питания с выходным напряжением больше 5 v, его необходимо впаять). Корпус управления снабжён кронштейном который позволяет устанавливать его как на DIN-рейку или просто саморезами к стене.

Разъёмы устройства:
— по USB разъёму передаются управляющие сигналя для включения реле;
— через аудио разъёмы подключены датчики температуры.

Так как программа занимает 66 % памяти, решено было сделать ещё и второй канал управления, на всякий случай, от РВ5. В данной программе второго канала нет, и понадобится ли вообще, пока не знаю, но на ПП второй канал организован в полном объёме, только не установлено реле.

Описание работы термостата.
Устройство имеет три кнопки для управления. Кнопка (ОК), (Up), (Dn). При включении питания на индикаторе высвечивается температура датчика №1 (наружный воздух).

Для просмотра температуры в ящике необходимо нажать кнопку (ОК). При этом загорается светодиод синий HL1 (см. схему), указывающий, что на дисплей выведена температура датчика №2.

При повторном нажатии кнопки (ОК), на дисплей выводится температура датчика №1, а светодиод HL1 гаснет.

Для входа в режим установки верхнего порога отключения и нижнего порога включения обогрева. Необходимо нажать обе кнопки (Up), (Dn) и удерживать их нажатыми не менее 5 сек. По истечении этого времени устройство перейдёт в режим просмотра верхнего порога выключения обогрева. Теперь кнопки нужно отпустить. На дисплее будет высвечиваться значение порога и у четвёртого разряда засветится верхний сегмент, указывающий, что это верхний порог.

Для изменения уставки порога, необходимо нажать кнопку (ОК). Значение на дисплее начнёт мигать, сигнализирующее о готовности к изменению уставки. Уставку можно менять в пределах от +1 до +10 градусов, с дискретностью 1 градус. Увеличение значения происходит с помощью кнопки (Up), а уменьшение с помощью кнопки (Dn). Для сохранения уставки или просто для перехода на следующий порог, необходимо нажать кнопку (ОК). На дисплее высветится нижний порог и у четвёртого разряда засветится нижний сегмент, указывающий, что это нижний порог.

Для изменения уставки порога, необходимо опять нажать кнопку (ОК). Значение на дисплее начнёт мигать, сигнализирующее о готовности к изменению уставки. После установки порога включения, нажимаем кнопку (ОК) для сохранения и выхода из режима установки порогов термостатирования. Уставки сохраняются в энергонезависимой памяти МК и при исчезновении питания не сбрасываются.

Для удобства контроля состояния температуры в ящике, был введён дополнительный алгоритм сигнализации о низкой температуре в ящике. Что он из себя представляет? Когда на дисплее отображается температура датчика №1, а температура в ящике снижается (допустим, из-за неисправности нагревателя) и достигает значения ниже +1 градуса, светодиод HL1 начинает мигать, сигнализируя о низкой температуре в ящике. Если температура в ящике поднимется выше + 2 градусов, светодиод перестанет мигать.

Алгоритм неисправности датчиков. При неисправности датчика да дисплее выводится надпись Err №. Номер обозначает код неисправности от 1 до 3. Цифра 1 обозначает – нет высокого уровня, 2 – нет датчика, 3 – высокий уровень не восстановлен.

Когда на дисплее отображается температура датчика №1, и произошла неисправность датчика №2,то светодиод HL1 начинает мигать, сигнализируя о неисправности. Таким образом, при выведенной на дисплей температуре датчика №1 Вы не пропустите возникшую неисправность термостата. Естественно при неисправности датчика №2, обогрев отключается.

Ещё несколько моментов. Термостат отключен если уставка нижнего порога равна уставке верхнего порога, или уставка нижнего порога выше уставки верхнего порога. Если неисправны датчик №1 или №2, то в меню уставок, значение уставки Вы не увидите, хотя уставку изменить можно, но вслепую. Это сделано для того, что бы пользователь не лез изменять уставки при неисправных датчиках.

Файлы для сборки устройства.

(Visited 19 717 times, 1 visits today)

Навигация по записям

084-Двуканальный термометр-термостат на ATmega8. : 86 комментариев

1. fizik_89

   Здравствуйте, SVN.
   Планирую собрать девайс по вашему проекту. Интересно узнать какой нагреватель вы использовали для термоящика? Судя по блоку питания он выдает 12В 0,5А. То есть нагреватель всего на 6 Вт? Мощность в 6 Вт мне кажется не обеспечит требуемый тепловой режим. Или я что-то не так понял?)

2. SVN Автор записи
3. alex52

   Я собрал термостат.Заработал сразу. Только вот температуру показывает странную: минус 38,6 (оба датчика)в теплой комнате, где примерно 20 градусов. Датчики (DC18B20) реагируют на изменеие температуры. при подогреве паяльником температура повышается до минус 21 градусов. В чем проблема?

4. SVN Автор записи
5. alex52

   При подаче питания на устройство, на дисплее высветилось значение 85,0*С, а затем примерно через 2 секунды: -36,3*С. Потом поменял датчики местами: опять высветилось значение 85,0*С, а затем примерно через 2 секунды: -36,5*С. К сожалению я болел и не смог приобрести новые датчики. На днях я это сделаю и о результатах напишу. Спасибо Вам за помощь.

6. SVN Автор записи

   :
   При подаче питания на устройство, на дисплее высветилось значение 85,0*С, а затем примерно через 2 секунды: -36,3*С. Потом поменял датчики местами: опять высветилось значение 85,0*С, а затем примерно через 2 секунды: -36,5*С. К сожалению я болел и не смог приобрести новые датчики. На днях я это сделаю и о результатах напишу. Спасибо Вам за помощь.

   При подаче питания на датчик, датчик записывает в регистры значения равное 85,0, что и считывает устройство. Это подтверждает, о правильном перерасчёте считываемых значений. Таким образом, складывается впечатление, что Вам попались неликвиды, что большая редкость. Попробуйте приобрести датчики в другом магазине. Но такой эффект может возникнуть если на датчик не приходит +5 В. Проверьте соответствие питания датчика.

7. alex52

   Да, Вы были правы, датчики оказались некондиционными. Новый датчик показывает нормальные величины. Просто, мне казалось маловероятным, чтобы два датчика были бы одинаково некондиционными. Наверно можно проанализировать работу этих датчиков и программно исправить показания. На досуге попробую. Спасибо.

8. alex52

   Кстати, может это DS18S20? У них разный вид представления температуры. Для DS18S20 температура представляется в виде 9-битного значения в дополнительном коде, а для DS18B20 в виде двоичного числа с разрядностью от 9 до 12 бит. У DS18S20 и DS18B20 кроме серийного номера в ПЗУ содержится код семейства (10h — для DS18S20, и 28h — для DS18B20). У Вас нет программы для чтения кода семейства или программы для работы с DS18S20?

9. SVN Автор записи

   :
   Кстати, может это DS18S20? У них разный вид представления температуры. Для DS18S20 температура представляется в виде 9-битного значения в дополнительном коде, а для DS18B20 в виде двоичного числа с разрядностью от 9 до 12 бит. У DS18S20 и DS18B20 кроме серийного номера в ПЗУ содержится код семейства (10h – для DS18S20, и 28h – для DS18B20). У Вас нет программы для чтения кода семейства или программы для работы с DS18S20?

   Нет у меня такой программы. Но если бы это были DS18S20, то и значение +85*С при старте программы, Вы бы не увидели. Это, однозначно брак. А брак лучше вернуть в магазин.

10. alex52
11. pino24

    а не красивей будет если использовать двух строчный дисплей??

12. SVN Автор записи

    :
    а не красивей будет если использовать двух строчный дисплей??

    Это уже кому как нравится. Для двух строчного дисплея, программу придётся полностью переписывать.

13. Vladimir1619

    Здравствуйте. Спасибо автору и всем кто участвовал в разработке данного устройства.
    Я собрал его, но возникла проблема которую я уже не могу решить (не хватает знаний и опыта).
    Устройство работает, но на индикаторы показывают все наоборот;
    светятся все запятые кроме второй, а числа непонятные,
    отключая все датчики DS18B20, пишет E.9.9.2..
    Индикатор собирал сам, но он точно правильно распаян, в других устройствах работает.
    Если возможно помогите советом. Спасибо.

14. Skifco

    Огромное спасибо разработчикам! Хотел уточнить такой вопрос. Я делаю приблизительно такой же прибор, но более медицинского направления. Хотел бы узнать есть ли возможность помочь с составлением временных диаграмм на Ваш прибор и узнать бы, какие пакеты и как передают датчики, что нужно им послать, чтоб их опросить и какова частота опроса?
    Заранее спасибо!

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 . Радиомодули и алгоритм передачи данных я рассматривал ранее в статье про

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.

Для питания устройства подойдет нестабилизированный источник питания с выходным напряжением 8-12В. Оба устройства размещены в пластиковых корпусах. Антенна для радиомодулей выполнена в виде отрезка одножильного провода длиной 17 см (четверть длины волны несущей частоты).

Перед вами проект двухканального термометра. Он может измерять температуру в диапазоне от -50.0 до +99.9 градусов. Устройство было разработано для измерения температуры в доме и на улице, но ему также можно найти и множество других применений. При небольшом изменении программы устройство также можно использовать в качестве термостата. Термометр построен на популярном и очень широко распространенном датчике и микроконтроллере ATtiny2313, что значительно упростило разработку и позволило значительно уменьшить размеры. Термометр удалось сжать так, что почти все элементы расположены под трехразрядным дисплеем 15 мм. Практически все элементы SMD. Конечно, можно было бы применить TH компоненты, но в эпоху миниатюризации лучше сделать еще один шаг вперед по созданию системы с наименьшими размерами. Термометр может измерять температуру в двух местах, с помощью двух датчиков, подключенных на независимых шинах. Изменение отображаемой температуры осуществляется с помощью двух кнопок.

Принцип работы

Принципиальная схема:

Сердцем устройства является микроконтроллер U1 (ATTINY2313), который тактируется от внутреннего генератора 8MHz , без делителя частоты. Отсутствие кварца позволило уменьшить размеры устройства, а также освободило две ножки МК, к одной из них сейчас подключена кнопка S2. Микроконтроллер получает показания температуры с двух датчиков, преобразовывает данные в форму, пригодную для отображения на дисплее и обрабатывает нажатия кнопок S1 и S2. Конденсатор С1 (100nF), расположенный рядом с микроконтроллером - фильтрующий. Конденсаторы С2 (10 мкФ) и С3 (10 мкФ) необходимы для правильной работы U3 (78L05).Простота схемы обусловлена используемым датчиком температуры. Это 12-битный цифровой термометр, который может работать в диапазоне от -55 до +125 градусов. Время обработки (преобразования) температуры длится не дольше, чем 750 мс. Связь с микроконтроллером осуществляется по интерфейсу 1-Wire. В качестве индикатора температуры используется трехзначный светодиодный дисплей (AT5636BMR-В) с внутренними соединениями сегментов, адаптированный для динамической индикации. Резисторы R4-R11 ограничивают ток на светодиодном дисплее до 10-12 мА (на сегмент). Тем не менее, средний ток меньше из-за использования динамической индикации. Управление анодами осуществляется тремя популярными транзисторами Т1 - Т3 (BC857). Токи базы ограничены резисторами R1-R3 (3,3 кОм). Важным компонентом является разъем GP1, через который подключаются датчики и управляющий выход (в случае термостата).

Изготовление

Устройство изготовлено на основе печатной платы. Плата односторонняя, и почти все элементы SMD. Исключением является дисплей, кнопки управления и разъемы. Сборка не сложная, но требует большого мастерства при пайке SMD. Недостатком платы является отсутствие разъема для программирования, так что если придется вносить изменения в программу вам необходимо будет припаять провода программатора к плате напрямую. Но можно установить на плате миниатюрный разъем.

Распиновка разъема

Выводы 1 и 2 этого разъема это питание и заземление. Вывод 3 предназначен для подключения индикации отрицательных температур (Катодом на разъем, анодом на +5В через резистор 200 - 300 Ом). Датчики подключаются через трехжильный провод. Первый датчик подключается к выводу 5, а второй датчик к выводу 6. Устройство питается от 7-12В через стабилизатор 78L05.

Программирование

Программа написана в известной среде программирования . Она занимает около 70% памяти микроконтроллера и может быть успешно скомпилирована в демо версии BASCOM"a. Программа не сложная. Далее представлены некоторые элементы кода

Обработчик прерывания Timer0 :

Przerwanie0: Timer0 = 131 Set F4ms Incr Dziel(1) If Dziel(1) = 25 Then Dziel(1) = 0 Set F100ms Incr Dziel(2) If Dziel(2) = 10 Then Dziel(2) = 0 Set F1s End If End If Return

Основной цикл:

Do If F4ms = 1 Then Reset F4ms "co 4ms Wysw = T Gosub Wyswietl_zmierz End If If F100ms = 1 Then Reset F100ms "co 100ms If Pind.2 = 0 Then Kanal = 1 If Pina.0 = 0 Then Kanal = 0 End If Loop End

Процедура управления дисплеем:

Wyswietl_zmierz: Incr Mux If Mux = 5 Then Mux = 0 Portd.3 = Not Minus For I = 1 To 3 Wysw_pomoc = Wysw Mod 10 Ww = Wysw_pomoc W(i) = Lookup(ww , Tabela) Wysw = Wysw / 10 Next I If W(3) = 40 Then W(3) = 255 "wygaszenie zera wiodącego Select Case Mux Case 0: Portb = W(3) Reset Portd.6 Case 1: Set Portd.6 Portb = W(2) And &B11011111 Reset Portd.5 Case 2: Set Portd.5 Portb = W(1) Reset Portd.4 Case 3: Set Portd.4 Portb = 255 Gosub Temp "Case 4: End Select Return Tabela: Data 40 , 235 , 50 , 162 , 225 , 164 , 36 , 234 , 32 , 160

Процедура измерения температуры:

Temp: If F1s = 1 Then Reset F1s 1wreset Pind , Kanal 1wwrite &HCC , 1 , Pind , Kanal 1wwrite &HBE , 1 , Pind , Kanal T = 1wread(2 , Pind , Kanal): Minus = T.15 T = Abs(t) T = T * 10 T = T / 16 1wreset Pind , Kanal 1wwrite &HCC , 1 , Pind , Kanal 1wwrite &H44 , 1 , Pind , Kanal End If Return

Fusebits микроконтроллера должны быть установлены для работы с внутренним RC-генератором с частотой 8 МГц

Фотографии

Список радиоэлементов