2–kanałowy termometr z dwukolorowym wyświetlaczem LED (AVT5108).pdf

(627 KB) Pobierz

2–kanałowy termometr z dwukolorowym wyświetlaczem LED

PROJEKTY

2–kanałowy termometr

z dwukolorowym

wyświetlaczem LED

AVT–5108

Na układach DS18B20

skonstruowano tysiące aplikacji,

a mimo to pomysłów na kolejne

nadal nie brakuje. Nie ma

wątpliwości, układ ten przejdzie

do historii elektroniki, tak

jak stało się to z „555” czy

A723. Tym razem zbudujemy

„kolorowy” termometr, co akurat

zasługą DS18B20 nie jest, ale

układ ten pełni w urządzeniu

kluczową rolę.

Rekomendacje:

termometr może być zastosowany

w miejscach, w których zachodzi

potrzeba czytelnej sygnalizacji

temperatury w dwóch punktach.

PODSTAWOWE PARAMETRY

• Płytka o wymiarach 86x36 mm

• Zasilanie: +9...12 VDC

• Pobór prądu: max. 100 mA

• Liczba kanałów pomiarowych: 2

• Zakres pomiarowy: –55°C...+99,9°C

• Rozdzielczość: 0,1°C

• Wyświetlacz: dwukolorowy LED

• Identyﬁkacja kanału pomiarowego za pomo-

cą koloru świecenia

• Wybór kanału: ręczny lub automatyczny

• Programowany czas aktywności każdego

z kanałów

Wyświetlanie temperatury z kil-

ku czujników wymaga zastosowania

przejrzystego sposobu identyﬁkacji da-

nego kanału pomiarowego. Przy zasto-

sowaniu wyświetlacza alfanumerycz-

nego nie stanowi to trudności, gdyż

wyświetlaną wartość można opisać

stosownym komentarzem. W przypad-

ku wyświetlaczy LED nie ma jednak

takiej możliwości. W tego typu roz-

wiązaniach najczęściej stosuje się do-

datkowe diody świecące, informujące

o tym, który kanał pomiarowy jest

aktualnie wyświetlany. Identyﬁkacja

aktywnego kanału z większej odległo-

ści może być w takim przypadku kło-

potliwa.

Przedstawiony w artykule termo-

metr umożliwia pomiar temperatu-

ry w dwóch punktach, a sygnalizacja

aktywnego czujnika jest wskazywana

poprzez zmianę koloru świecenia wy-

świetlaczy. Dzięki temu jednoznacznie

można stwierdzić, z którego czujnika

jest wyświetlana temperatura. W pro-

jekcie zostały zastosowane dwukoloro-

we wyświetlacze 7–segmentowe. Tem-

peratura z czujnika pierwszego jest

wyświetlana w kolorze czerwonym,

a z czujnika drugiego w kolorze zielo-

nym. Dwa kanały pomiarowe mogą

być użyte, na przykład do wskazy-

wania temperatury w pomieszczeniu

(kolor czerwony) i na zewnątrz (kolor

zielony). Czujnik, z którego ma być

wyświetlana temperatura jest wybie-

rany ręcznie, za pomocą przycisków

lub automatycznie przez procesor.

W trybie automatycznym można nieza-

leżnego zdeﬁniować czas wyświetlania

temperatury dla każdego z czujników.

Czas ten można regulować w zakresie

1...60 sekund.

Termometr składa się z dwóch ob-

wodów umieszczonych na osobnych

płytkach podzielonych funkcjonalnie

na obwód sterowania i obwód wy-

świetlaczy. Schemat elektryczny czę-

ści sterującej jest przedstawiony na

rys. 1,

natomiast obwód wyświetlaczy

rys. 2.

Głównym elementem całego

układu jest mikrokontroler typu PI-

C16F872, który steruje wszystkimi

elementami termometru. Jest on takto-

wany sygnałem zegarowym wytworzo-

nym za pomocą rezonatora kwarcowe-

go X1 o częstotliwości 4 MHz. Sygnał

zerowania procesora jest generowany

przez wewnętrzny blok zerowania,

dlatego zewnętrzne wejście !MCLR

jest połączone poprzez rezystor R3 do

plusa zasilania.

Do pomiaru temperatury zasto-

sowano czujniki typu DS18B20, co

pozwoliło całkowicie uwolnić proce-

sor od jakiegokolwiek kontaktu z sy-

gnałami analogowymi występującymi

przy tradycyjnym pomiarze temperatu-

ry. Układ DS18B20 zawiera w swojej

strukturze kompletny moduł pomiaru

temperatury i przetwarzania wyniku

na postać cyfrową. Komunikacja ukła-

du DS18B20 z układem nadrzędnym

Budowa

Elektronika Praktyczna 8/2007

2–kanałowy termometr z dwukolorowym wyświetlaczem LED

Rys. 1. Schemat elektryczny termometru – płytka sterująca

odbywa się przy pomocy jednoprze-

wodowej magistrali, co jest bardzo

korzystne, gdyż czujnik wykorzystuje

tylko jedno wyprowadzenie proce-

sora. Ze względu na to, że pomiar

jest wykonywany w dwóch miejscach,

należało zastosować dwa identyczne

czujniki.

Podłączenie obydwu czujników do

wyprowadzeń procesora jest w opisy-

wanym projekcie trochę nietypowe.

W ogólnym przypadku do jednej ma-

gistrali można podłączyć jednocześnie

nawet kilkadziesiąt układów serii DS,

w przedstawionym urządzeniu każ-

dy układ jest dołączony do innego

wyprowadzenia procesora. Takie roz-

wiązanie zostało zastosowane, aby

uprościć procedurę uruchamiania ter-

mometru. Dołączenie kilku układów

DS18B20 do jednej magistrali wymaga

odczytania numeru seryjnego każdego

z nich (numer ten jest identyﬁkato-

rem konkretnego układu dołączone-

go do magistrali), co wiąże się z ko-

niecznością rejestrowania dołączonych

czujników. Jeśli po rejestracji czujnik

zostałby wymieniony na inny egzem-

plarz, to konieczna byłaby ponowna

jego rejestracja. Komunikacja procesora

z konkretnym układem dołączonym do

magistrali polega na wysłaniu na ma-

gistralę numeru seryjnego konkretnego

układu i jeśli taki będzie dołączony do

magistrali, to zostanie przeprowadzona

z nim wymiana danych. W tym czasie

pozostałe układy są nieaktywne, gdyż

ich numer seryjny jest inny od po-

danego. Taki sposób komunikacji jest

stosowany w przypadku, gdy do magi-

strali jest dołączony więcej niż jeden

układ. W przedstawionym termometrze

również można użyć tej metody ko-

munikacji, jednak z uwagi na fakt, że

występują tylko dwa czujniki, zosta-

ły zastosowane dwie oddzielne linie.

Dzięki temu uniknięto konieczności

rejestrowania dołączonych układów

DS18B20. Temperatura jest odczyty-

wana bezpośrednio po zmontowaniu

układu, dołączane czujniki mogą być

dowolnie wymieniane, a temperatura

zawsze zostanie odczytana prawidło-

wo. Temperatura z czujnika dołączone-

go do złącza CON3 jest wyświetlana

w kolorze czerwonym, a czujnika do-

łączonego do złącza CON4 w kolorze

zielonym.

Sygnały sterujące wyświetlacza-

mi zostały wyprowadzone na złącze

CON2. Ich obsługa jest realizowana

w trybie multipleksowym, przez co

w danej chwili świecą się diody tyl-

ko jednego wyświetlacza, co znacznie

ogranicza prąd pobierany przez cały

termometr.

Porty procesora mogą być obcią-

żane prądem o maksymalnej wartości

25 mA, zarówno w stanie jedynki jak

i zera logicznego, dlatego sterują one

bezpośrednio katodami wyświetlaczy,

bez konieczności stosowania dodat-

kowych układów wzmacniających.

Sterowanie anod wyświetlaczy wy-

maga prądu o wartości około 70 mA,

dlatego w tym przypadku zastosowa-

no wzmacniacze tran-

zystorowe umieszczone

w układzie UDN2981A.

Do obsługi wyświetlaczy

dwukolorowych wymaga-

na jest podwójna liczba

wyjść sterujących jego

anodami. Cztery dla ko-

loru czerwonego (R1...

R4) i cztery dla zielone-

go (G1...G4). Na złącze

CON2 zostały wypro-

wadzone jeszcze trzy

linie procesora służące

do dołączenia przyci-

sków umieszczonych

na płytce wyświetlaczy.

Linie te są wewnętrz-

nie podciągane do plu-

sa zasilania, dlatego nie

zastosowano elementów

zewnętrznych.

Do stabilizacji napię-

cia zasilającego zastoso-

wano stabilizator typu

LM2940–5, natomiast do

ﬁltracji napięcia zastosowano konden-

satory C1...C4. Dodatkowa dioda D1

zabezpiecza stabilizator przed uszko-

dzeniem w przypadku podania napię-

cia o odwrotnej polaryzacji.

Schemat elektryczny płytki wy-

świetlaczy jest przedstawiony na

rys. 2. Znajdują się na niej cztery

WYKAZ ELEMENTÓW

płytka procesora

Rezystory

R1, R2, R3: 4,7 kV

Kondensatory

C1: 100

mF/16

C2: 100 nF

C3: 100

mF/16

C4: 100 nF

C5, C6: 30 pF

Półprzewodniki

D1: 1N4007

US1: PIC16F872 zaprogramowany

US2: UDN2981A

US3: LM2940CT–5.0

US4,US5: DS18B20

Inne

CON1: ARK2 5 mm

CON2: Goldpin 1x20 żeński

CON3, CON4: ARK2 5 mm

Podstawki: DIP28 300 mils, DIP18

płytka wyświetlaczy

Rezystory

R1...R8: 68

Inne

S1...S3: Mikrowłącznik h=10 mm

DP1...DP4: AS–05211BMRMG – wy-

świetlacz dwukolorowy 13 mm

CON1: Goldpin 1x20 męski

Elektronika Praktyczna 8/2007

2–kanałowy termometr z dwukolorowym wyświetlaczem LED

Rys. 2. Schemat elektryczny termometru – płytka wyświetlaczy

wyświetlacze 7–segmentowe o wyso-

kości 13 mm (DP1...DP4), rezystory

ograniczające prąd płynący przez dio-

dy wyświetlaczy (R1...R8) i mikrow-

łączniki S1...S3. Wszystkie sygnały

służące do komunikacji z modułem

sterującym zostały wyprowadzone na

złącze CON1.

Montaż należy rozpocząć od płyt-

ki sterownika. Na

rys. 3

przedsta-

wiono rozmieszczenie elementów na

płytce. Montaż należy przeprowadzić

poczynając od elementów o najmniej-

szych gabarytach, lutujemy więc ko-

lejno: rezystory R1...R3, podstawki

pod układy scalone, kondensatory

i złącza. Kondensatory elektrolityczne

i stabilizator napięcia należy zamon-

tować w pozycji leżącej, dlatego nale-

ży wcześniej zagiąć ich wyprowadze-

nia pod kątem 90°. Złącza CON1...

CON4 w zależności od potrzeb moż-

na zamontować od strony elementów

lub od strony lutowania. Płytka wy-

Montaż

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na

świetlaczy zawiera niewielką liczbę

elementów, więc montaż nie sprawi

trudności. Rozmieszczenie elemen-

tów na tej płytce jest przedstawione

rys. 4.

Montaż należy rozpocząć

od wlutowania rezystorów, następnie

należy wlutować wyświetlacze DP1...

DP4 i mikrowłączniki S1...S3. Złącze

CON1 należy zamontować od strony

lutowania.

Po zmontowaniu płytek należy

połączyć je ze sobą poprzez złącze

CON2 (na płytce sterownika) i złącze

CON1 (na płytce wyświetlaczy). Do

złącza CON3 i CON4 płytki sterowni-

ka podłączamy czujniki temperatury,

a do złącza CON1 napięcie zasilania

o wartości około 9 V i minimalnej

wydajności prądowej 100 mA. Po

włączeniu zasilania wszystkie wy-

świetlacze będą wygaszone, a kropki

będą świeciły się przez 4 sekundy

kolorem zielonym. W tym czasie zo-

stanie wykonany pierwszy pomiar

temperatury i po chwili jego wynik

pojawi się na wyświetlaczu. Kolej-

ne pomiary będą

aktualizowane co

dwie sekundy. Je-

śli po tym cza-

sie na wyświetla-

czu będzie paliła

się tylko kropka,

oznaczać to bę-

dzie brak czujnika

lub jego błędne

dołączenie.

płytce sterującej

Oprogramo-

wanie mikrokon-

trolera umożliwia

wyświetlanie obu

temperatur w jed-

nym z dwóch try-

bów: ręcznym lub

automatycznym.

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce wyświetlaczy

W trybie ręcznym,

Obsługa

wyboru czujnika, z którego aktualnie

jest wyświetlana temperatura dokonuje

się poprzez naciśnięcie przycisku S1

lub S3. Do przycisku S1 przypisany

jest kolor czerwony i czujnik dołączo-

ny do złącza CON3, a do przycisku

S3 kolor zielony i czujnik dołączony

do złącza CON4. W trybie automatycz-

nym przełączanie czujników następuje

automatycznie. Czas wyświetlania tem-

peratury dla każdego z nich jest pro-

gramowany w zakresie 1...60 sekund.

Domyślną wartością są 3 sekundy,

ale czas ten można zmienić przez

naciśnięcie przycisku S2 na około 3

sekundy. Na wyświetlaczu pojawi się

wartość „01” w kolorze czerwonym

określająca czas wyświetlania tempe-

ratury przypisanej do koloru czerwo-

nego. Przyciskami S1 i S3 można tę

wartość zmienić. Po ustawieniu czasu

należy nacisnąć przycisk S2. W ana-

logiczny sposób wyświetlony zostanie

czas aktywności dla koloru zielone-

go, który także można zmodyﬁkować

przyciskami S1 i S3. Naciśnięcie po-

nownie przycisku S2 spowoduje wyj-

ście z procedury programowania czasu.

Nastawione wartości zostaną zapisa-

ne w wewnętrznej, nieulotnej pamięci

EEPROM, dzięki czemu nie zostaną

utracone nawet po zaniku zasilania.

Domyślnym trybem pracy jest tryb

automatyczny, można go wyłączyć po-

przez ręczny wybór danego czujnika

poprzez naciśnięcie przycisku S1 lub

S3. Powrót do trybu automatycznego

nastąpi po krótkim naciśnięciu przy-

cisku S2. Potwierdzeniem włączenia

trybu automatycznego będzie chwilo-

we wyświetlenie napisu „Auto”.

Krzysztof Pławsiuk, EP

krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl

Wyświetlacze wykorzystane w projekcie udostęp-

niła ﬁrma Artronic S.J., tel. 058 668 57 83,

058 668 57 84, www.artronic.com.pl.

Elektronika Praktyczna 8/2007

Plik z chomika:

Gryzon26

Inne pliki z tego folderu:

Scalony przetwornik temperatury na napięcie - LM35.pdf (1886 KB)
Czterokanałowy termometr cyfrowy (AVT460).pdf (6200 KB)
Miniaturowy zegar-timer.pdf (3786 KB)
Gigantyczny zegar (AVT2632).pdf (4108 KB)
Wahadełko do zegara.pdf (2111 KB)

2–kanałowy termometr z dwukolorowym wyświetlaczem LED (AVT5108).pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: