Электронный термометр с выносным датчиком DS18B20 на микроконтроллере Attiny2313. Электронный термометр с выносным датчиком: особенности и преимущества Самодельный электронный термометр с выносным датчиком
Который имеет очень малые размеры. Здесь мы рассмотрим создание простого цифрового термометра с использованием в качестве температурного датчика - специальный цифровой датчик температуры от фирмы DАLLAS, а точнее ds18b20 и микроконтроллером ATtiny2313. Характеристики предложенного цифрового термометра: пределы измерения от -55 до +125*С; точность измерение от 0,1 до 0,5*С.
Фотография датчика ds18b20:
Работает термометр следующим образом: микроонтроллер подает запрос на поиск и запись адресов датчиков ds18b20, подключенных к линии контроллера по интерфейсу 1Wire. Далее производится чтение температуры с датчиков, которые были найдены, после этого выводит температуру на 3-х символьный LED, хотя при небольшой модификации прошивки можно подключать и 4-х символьный LED. Тогда температура будет выводится с точность до десятичных долей градуса. Опрос датчика составляет где-то 750мс. Схема проста и в печатной плате не нуждается, хотя кому больше нравится на печатной плате - можно нарисовать. Я контроллер ATtiny2313 ставил сзади LED индикатора и всё соединял проводами.
Принципиальная схема цифрового термометра на ATtiny2313:
Перейдём к настройки фьюзов микроконтроллера. Для работы с протоколом 1Wire, частота внутреннего генератора МК должна быть не меньше 4мгц. Вот скриншот фьюзов которые надо выставить при прошивке в Code Vision AVR:
На форуме, есть прошивки для индикаторов с общим катодом и общим анодом. Так же все прошивки умеют работать с 8 х датчиками ds18b20. Ещё есть прошивка, которая меряет температуру с точностью до десятичных значений, при этом необходим 4х символьный , анод лишнего сегмента цепляют к PORTD.3 , а запятую цепляют на PORTB.7.
Два ОУ DA1.1 и DA1.2 находящиеся в одном корпусе LM324, снабжают стабилитрон током постоянной величины. Это нужно для того, чтобы изменение величины напряжения на стабилитроне осуществлялось только с изменением его температуры.
Опорное напряжением уровнем 4,5В поступает с выхода DA1.1 на усилители DA1.2, DA1.3, DA1.4. Изменение номинала напряжения на VD2 после буферного ОУ DA1.3 вызывает появление соответствующего потенциала на выходе ОУ DA1.4.
С помощью переменного сопротивления R6 задается минимальное значение диапазона контролируемой температуры, а резистором R10 - максимальное значение. В роли индикатора используется амперметр с полным отклонением стрелки в 1 мА. Сопротивления R3, R4, R5, R7, R11 с отклонением не выше 1%. Точность измерения температуры достаточно высокая и составляет 0,1 градуса Цельсия.
Подборка конструкций самодельных устройств собранных своими руками на микроконтроллерах PIC и AVR.
Одна из конструкций выполнена на микроконтроллере Attiny2313 и имеет выносной цифровой датчик . Пределы измерения от -55 до +125 градусов, шаг измерения 0,1 градус. При необходимости можно использовать до восьми цифровых датчиков. Микроконтроллер обменивается данными с датчиком по протоколу 1Wire.
Парочка, собрана с использованием популярного микроконтроллера PIC16F628A. Также рассмотрена интересная конструкция USB устройства для измерения температуры на микроконтроллере PIC18F2550. Разумеется к каждой описанной конструкции имеется архив с прошивкой и разводкой печатной платы выполненной в программе
Первую конструкцию индикатора температуры со светодиодным индикатором на датчике LM35 можно использовать для визуальной индикации плюсовых значений температуры внутри холодильника и двигателя автомобиля, а также воды в аквариуме или бассейне и т.п. Индикация выполнена на десяти обычных светодиодах подключенных к микросхеме LM3914.
Другая конструкция устройства построена на таймере NE555 является режим мультивибратора, при котором таймер вырабатывает прямоугольные импульсы. Используя терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом во времязадающей цепи таймера, можно добиться почти линейной зависимость изменения частоты следования импульсов от температуры.
Большинство приставок-измерителей температуры для компьютера подсоединяются к порту, но мы рассмотрим гораздо более простой вариант, где в роли информационного входа для считывания показаний будет применен микрофонный вход.
Кроме того, эта конструкция позволяет не просто наблюдать текущие показания температуры, но и фиксировать динамику, т.е превращает термометр в термограф.
Чувствительным радио компонентом схемы является терморезистор. Настройка конструкции состоит в выставлении нужной температуры при помощи настроек микрофонного входа.
Вместо микросборки К561лн2 можно использовать практически любую другую логики КМОП. Желательно печатную плату разместить в экранированный корпус, для снижения уровня внешних помех. Так как питание на входе всего 2,5 вольта, то отдельные экземпляры 561лн2 могут не срабатывать, рекомендую HEF406.
Измерения показаний температуры и её запись в виде графика осуществляются в программе ТЕРМОГРАФ (ееможно скачать по ссылке чуть выше). В утилите отображается уровень сигнала. при этом он должен быть не ниже 20-30 единиц.
USB-термометр |
Рассмотренные ниже схемы передают измеряемую велечину прямо в компьютер через стандартный USB кабель. Компьютер определяет устройство, как HID, т.е. отсутствует необходимость устанавливать драйвера. Все что потребуется это специальная утилита которая будет висеть в системном трее.
Цифровые термометры являются очень удобными в использовании. В первую очередь важно отметить, что у них низкий процент погрешности. Многие модели способны определять влажность в помещении.
Устройства с выносными датчиками больше всего подходят для лабораторных исследований. Модели отличаются по чувствительности и типу сенсора. Для того чтобы разораться в этом вопросе, следует рассмотреть стандартную схему цифрового термометра.
Схема устройства
Обычный термометр включает в себя датчик многоканального типа, а также набор резисторов. Непосредственно сигнал на дисплей выводится при помощи небольшой микросхемы. На ней установлены конденсаторы. Для увеличения чувствительности устройства применяются разного типа тиристоры. Разрядность модификации зависит от емкости транзисторов.
Как сделать модель?
Сделать цифровой термометр своими руками довольно просто. Непосредственно сенсор нужно подбирать щупового типа. Модификации с присосками сделать сложно. Также для работы потребуется тиристорный блок. Далее, чтобы сделать цифровой термометр своими руками, берется компактный датчик. Микросхема подбирается серии РР20. Для увеличения чувствительности используются различные элементы. В данном случае можно применять усилитель. На рынке, как правило, представлены импульсные модификации.
Стоят они довольно дорого, однако способны много проработать. Для осуществления процесса калибровки применяются конденсаторы. В среднем емкость элемента не должна превышать 3,5 пФ. Чтобы увеличить порог допустимой температуры, применяются резисторы с различной проводимостью. Для того чтобы подсоединить сенсор, потребуется двужильный кабель. С выходными контактами микросхемы он соединяется при помощи обычного паяльника.
Отзывы о DC-1
Этот цифровой термометр с выносным датчиком является очень простым в использовании. В первую очередь важно упомянуть о широком температурном диапазоне. При необходимости устройство способно точно определять уровень влаги. Интерфейс в данном случае используется серии РС. Гнездо для подключения USB-кабеля производителем предусмотрено. Точность измерения термостата равняется не более 1,3 %.
Скорость калибровки у оборудования довольно высокая. Сенсор в устройстве применяется щупового типа. Для лабораторных исследований модель подходит хорошо. Система защиты предусмотрена серии ИП31. В стандартный набор устройства входит датчик батарейки и непосредственно цифровой термометр. Инструкция также прилагается производителем. Стоит на рынке указанная модель в районе 540 руб.
Описание термометров DC-2
Это довольно простой и удобный цифровой термометр. Схема его включает полевые конденсаторы и импульсный транзистор. Для бытового использования модель подходит идеально. Уровень влаги в данном случае измерять нельзя. Если верить покупателям, то включается оборудование довольно быстро. Батарейки в стандартный комплект входят небольшой емкости. Сквозное сопротивление представленной модификации находится на уровне 4,5 Ом. Непосредственно минимальная допустимая равняется -70 градусов. Интерфейс предусмотрен простой и понятный. Функция запоминания значения в термометре отсутствует. Сенсор используется щупового типа.
Устройство DC-5
Этот цифровой выносной термометр отличается высоким порогом допустимой температуры. Стоит модель довольно дорого, однако имеет массу преимуществ. В первую очередь важно упомянуть о низком проценте погрешности. Датчик используется многоканального типа. Скорость калибровки высокая.
Непосредственно интерфейс применяется серии РС. Система защиты в оборудовании установлена ИП32. Функция влагомера у прибора предусмотрена. Для полевых исследований устройство подходит идеально. Сквозное сопротивление указанной модификации не превышает 6 Ом. Продается представленный термометр по цене от 2100 руб.
Термометры Digital 202
Это компактный и удобный цифровой термометр. Схема его включает емкостные конденсаторы и чувствительный датчик. Многие люди покупают прибор для бытового использования. При желании он способен показать уровень влаги в квартире. Скорость калибровки у модели очень низкая. Также важно отметить, что уровень погрешности равняется целых 2,5 %. Показатель сквозного сопротивления находится на уровне 4 Ом. Система защиты используется ИП 33. Приобрести термометр представленной марки пользователь способен всего за 600 руб.
Отзывы о Digital 320
Указанный цифровой термометр с выносным датчиком продается с довольно качественным сенсором. Непосредственно датчик установлен многоканального типа. Время измерения в среднем равняется 1,2 секунды. Как правило, показатель погрешности не превышает 0,8 %. Наиболее часто модель приобретают для лабораторных исследований. Однако важно отметить низкий порог предельной температуры.
Процесс калибровки в устройстве занимает много времени. Если верить покупателям, то запускается прибор с небольшой задержкой. Всего в устройстве используется две батарейки. Хватает их примерно на три часа работы. Интерфейс производителем предусмотрен серии РС. Разъем для USB-порта находится на боковой панели. Купить указанный термометр можно за 1600 руб.
Описание термометров Digital 700
Указанный цифровой термометр с выносным датчиком является универсальным. В квартире он поможет определить не только точную температуру, но и уровень влажности. Непосредственно датчик используется многоканального типа. Сенсор стандартно предусмотрен щупальный. Показатель усиления в данном случае регулировать нельзя. Интерфейс для управления предусмотрен серии РС.
Если верить покупателям, то включается термометр очень быстро. Однако время получения результата может быть продолжительным. Показатель чувствительности представленной модели колеблется в районе 4,5 мВ. Сквозное сопротивление модификации находится на уровне 5 Ом. Цена на представленный термометр колеблется в районе 1300 руб.
Устройство Digi Sense
Этот цифровой термометр отзывы от покупателей в основном получает положительные. Многие владельцы хвалят прибор за компактность. При необходимости он способен определить точный уровень влажности в помещении. Интерфейс используется стандартно серии РС. При необходимости параметр чувствительности пользователь способен менять. Максимальная допустимая температура оборудования равняется 200 градусов. Всего у модели используется один сенсор.
В данном случае резисторы установлены импульсного типа. Если верить специалистам, то батареек хватает примерно на три часа эксплуатации оборудования. Конденсаторы у термометра применяются емкостного типа. Учитывая это, оборудование обладает высокой точностью Показатель погрешности в данном случае находится на уровне 2,1 %. Купить представленный термометр можно всего за 800 руб.
Термометры Shenzhen К55
Указанный многофункциональный цифровой термометр с выносным датчиком рассчитан на работу в лабораторных условиях. В данном случае сенсор подсоединен через трехжильный кабель. Питание оборудования осуществляется через обычные литиевые аккумуляторы. Время автономной работы - не более трех часов. Микросхема в данном случае предусмотрена коммутируемого типа.
На боковой панели оборудования имеется USB-разъем. Функция запоминания результатов у модели не предусмотрена. Также важно отметить, что модель включается с малой задержкой. Показатель сквозного сопротивления не превышает 5?4 Ом. Продается представленный цифровой термометр с датчиком по цене от 800 руб.
На рис. 79 приведены принципиальные схемы простейших полупроводниковых термометров на диодах (рис. 79, а) и транзисторе (рис. 79,6), опубликованные в одном из американских радиожурналов. В термометре, схема которого дана на рис. 79, а, чувствительным элементом (датчиком) служат четыре кремниевых диода, включенных последовательно и питаемых постоянным током величиной 1 мА. При этом используется смещение вольт-амперной характеристики кремниевых диодов в сторону нуля на 2,11±0,06 мВI°С. Таким, образом, при увеличении температуры от —18 до +100° С напряжение, действующее на каждом диоде, уменьшается более чем на 400 мВ (от 688 до 270 мВ). Следовательно, на всех четырех диодах напряжение уменьшится на 1,6 В, т. е. будет в 4 раза больше.
Для измерения колебаний напряжения на диодах они включены в одно из плеч моста, в целом состоящего из делителя напряжения на резисторах R3—R5 и резистора R1 последовательно соединенного с диодами Д1—Д4. Индикатором термометра является микроамперметр, включенный в диагональ моста через переменный резистор R2. Мост питается постоянным напряжением 6 В, стабилизированным кремниевым стабилитроном Д5.
Налаживание диодного термометра сводится к калибровке его шкалы, которую осуществляют следующим образом. Диоды, покрытые водостойким лаком, помещают в сосуд с водой, температуру которой контролируют ртутным термометром. Длина проводников, соединяющих диоды Д1—Д4 с измерителем, может составлять несколько метров. Охлаждая или подогревая воду, можно пройти диапазон температур от нуля до 100° С, делая при этом соответствующие отметки на шкале микроамперметра. «Нуль» смещают в нужное место шкалы прибора, подстраивая переменный резистор R4, а диапазон измерения температуры подбирают переменным резистором R2. Для питания диодного термометра можно использовать любой источник постоянного тока напряжением 12—16 В.
Значительно большей чувствительностью обладает транзисторный термометр, схема которого изображена на рис. 79, б.
Это объясняется тем, что здесь в качестве чувствительного элемента используется транзистор, работающий в усилительном каскаде, собранном по схеме с разделенными нагрузками. Благодаря усилительным свойствам транзистора чувствительность термометра возрастает в десятки раз. Органы регулирования и настройки здесь такие же, как в ранее рассмотренной конструкции.
При изготовлении термометра по схеме рис. 79, а можно использовать диоды типа Д105 или Д106 (Д1—Д4), КС156А (Д5). В термометре по схеме рис. 79, б транзистор Т1 может быть типа КТ315 или КТ312 с любым буквенным индексом. Термометр с транзистором типа КТ312 будет обладать меньшей тепловой инерцией, так как у этого транзистора корпус металлический, а у КТ315 — пластмассовый.
Все описанные термометры могут измерять также и отрицательные температуры вплоть до —70° С. В этом случае в термометре целесообразно установить микроамперметр на 100 мкА с нулем в середине шкалы.
Полупроводниковые термометры очень удобны для дистанционного измерении температуры. Например, поместив несколько групп диодов в различных точках холодильника, путем переключения их можно контролировать температуру соответствующего участка. Другой пример — измерение температуры поверхности земли и околоземного слоя воздуха. В условиях сельской местности это имеет большое значение, так как может предупредить о наступлении весенних и летних заморозков на почве. Следить за температурой почвы или воздуха в саду или в огороде можно по показаниям прибора, установленного непосредственно в помещении. Возможны и другие варианты применения полупроводниковых термометров.
Васильев В. А. Зарубежные радиолюбительские конструкции. М., «энергия», 1977.
Приборы, с помощью которых измеряется температура воздуха, представлены на рынке в нескольких . Чаще всего производители выпускают термометры со стеклянной колбой (трубкой), в которую залита спиртовая жидкость. Есть пружинные модели на основе металлической или биметаллической ленты, у них большие отклонения в показаниях. С недавних пор большую популярность получили электронные аналоги, в конструкцию которых входит датчик, соединенный с основным приборов проводом. Это так называемый электронный термометр с выносным датчиком. В рамках сегодняшнего обзора попробуем разобраться с принципом его работы, с особенностями исполнения, а также расскажем, где и как его можно использовать. Сразу оговоримся, что будет рассматривать бытовой вариант, потому что в промышленности используется достаточно широкий ряд таких приборов с измерением температуры различных сред (вода, технические жидкости, газы и даже грунт).
Устройство и принцип работы электронного цифрового термометра с выносным датчиком
Основное его назначение – измерение воздуха на улице и внутри дома. В качестве дополнения, прибор может оснащаться и другими функциями: , определяющим воздуха, и барометром, показывающим атмосферное давление.
Состоит термометр из двух блоков:
- Основной располагается внутри помещения. У него на панели есть дисплей, который отображает показания температуры или по шкале Цельсия (°С), или по шкале Фаренгейта (°F). В нем встроен температурный датчик, измеряющий температуру внутри комнаты.
- Второй и является тем самым выносным датчиком, который устанавливается на улице.
Принцип работы датчика основан на эффекте Зеебека. То есть, чисто конструктивно это обычная термопара, в которой две пластины реагируют на разность электрических потенциалов. Последние реагируют на перепад температур. Именно так и снимаются показания, которые передаются на основной блок.
Так как выносной датчик температуры устанавливается на улице, то он подвергается достаточно серьезным природным нагрузкам. Поэтому все производители уделяют большое внимание герметизации корпуса прибора. Ему не страшны ни атмосферные осадки, ни ветер с пылью, ни солнечные лучи. При этом он прекрасно работает и при сильно низких температурах (-40°С), и при достаточно высоких (до +65°С). То есть, измеритель температуры адаптирован под российские условия эксплуатации.
Технические характеристики
Основная характеристика электронного термометра – диапазон измеряемых температур. Чем он больше, тем лучше. При этом очень важно выбирать прибор, учитывая погрешность измерения. Но данный показатель в основном зависит от влажности воздуха, который измеряется на температурный показатель.
Внимание! Использование термометров электронного типа с выносным датчиком при влажности воздуха больше 80% недопустимо. Для бань используются датчики в специальных герметичных корпусах (металлических или пластиковых).
Погрешность измерений будет зависеть и от диапазона измеряемых температур. При этом производители в паспорте изделия обязательно указывают эту зависимость. К примеру, если измеряется температура от -60°С до -40°С, то погрешность прибора будет в пределах 5°. То же самое будет, если температура измеряется в диапазоне +120°С до +150°С. Самая низкая погрешность будет возникать при температурном пределе от +1°С до +99°С. Она не будет превышать 2°.
Как правильно пользоваться термометром
В первую очередь надо определиться, где установить измеритель температуры. Особенно это касается датчика. Оптимально – на улице, но не на солнечной стороне. Его можно прикрепить к стене, повесить на или дерево. Главное, чтобы хватило длины провода. При этом основной блок можно устанавливать внутри помещения около или в любом другом месте. Опять же, если хватит длины провода.
Для прокладки провода в раме окна делается небольшого диаметра отверстие, через которое и проводится провод. Некоторые модели датчиком снабжаются пластиковыми присосками, с помощью которых появляется возможность прикрепить его к или к раме.
Что касается внутреннего блока, то это может быть настенный вариант, настольный, универсальный или переносной. Последний – это конструкции не больше сотового телефона, который можно носить с собой в кармане. Правда, относятся такие модели к беспроводным. Их радиус действия – не больше 60 м. Хотя для дома этого всегда достаточно.
Разновидности термометров электронного типа с выносным датчиком
Сегодня производители предлагают две модели: проводные и беспроводные. Первые – это два блока, соединенный между собой проводом, по которому датчик передает информацию основному элементы. Длина провода варьируется в пределах от 1 до 3 м. Соответственно, в беспроводной модели блоки ничем не связаны, только эфирной передачей сигналов. Выносной датчик в проводных моделях питается электроэнергией от сети 220 вольт, как и основной прибор. Ток поступает через соединяющий два блока кабель. В беспроводной модели питание – это одна или две батарейки, установленные в корпус самого датчика.
Цифровые термометры с датчиком – это не обязательно приборы, с помощью которых измеряют температуру на улицу. Их можно использовать для холодильных камер, для . В первом случае основной блок устанавливается на корпус холодильника с внешней стороны, датчик располагают внутри. Кстати, именно такие модификации чаще всего снабжаются присосками. Это касается и основного блока, и термодатчика.
Электронный термометр с выносным датчиком для бани
Обычно измеритель устанавливают внутри парной, а основной блок в предбаннике или в комнате отдыха. Добавим, что такие устройства дополнительно обязательно снабжаются гигрометром, который показывает влажность внутри парной. Это очень важный показатель, особенно для русской бани и финских , где надо точно выдерживать влажностной режим.
Необходимо добавить, что измеритель температур с выносным датчиком для бань – это прибор, который обладает определенными преимуществами перед другими модификациями:
- может выдерживать достаточно большие температуры;
- а также их перепады;
- высокая влажность ему не помеха;
- прочностные характеристики на самом высоком уровне;
- при воздействии высоких температур корпус термодатчика не накаляется, поэтому при соприкосновении с ним ожоги на коже не остаются;
- погрешности показаний минимальные (не больше 0,5°С).
Что касается модельного ряда термометров для , то здесь достаточно широкая линейка. В основном они отличаются друг от друга дополнительными опциями. К примеру, есть приборы, которые звуковым сигналом оповещают о наборе требуемой температуры. Есть модели, в которых к основному блоку можно подключить сразу три датчика. Относятся они к беспроводным устройствам. Передача информации при этом не превышает 40 м, что достаточно в бане, даже с лихвой.
Внимание! Электронные цифровые термометры для бань могут эксплуатироваться при температурах до +200°С.
Требования к установке:
- высота установки температурного датчика в парной – 1,5 м;
- от источника тепловой энергии, окон и его надо располагать на одинаковых расстояниях для показания точной средней температуры;
- если в парной устанавливается три датчика, то их располагают на разных высотах.
Автомобильный термометр
Автомобильный термометр с выносным датчиком – прибор очень удобный. С его помощью можно отслеживать температуру на улице и внутри салона. При этом это компактное приспособление, некоторые модификации с присосками. Главное – правильно установить датчик. В комплекте все необходимые крепежи присутствуют.
Небольшой обзор автомобильных уличных электронных градусников.
Модель | Характеристики | Цена, руб. |
| 4 200 | |
| 750 | |
| 970 |
Дополнительные опции уличного электронного термометра
Кроме того, что электронный термометр для измерения температуры воздуха может измерять и давление, производители добавляют в прибор некоторые функции, которые удобны для пользования. Вот только некоторые из них.
- Сообщать, что на улице может быть гололед. Обычно это происходит, если температура за окном в пределах от -1°С до -3°С.
- Способ подключения к компьютеру через порт USB. Таким способом можно получать погодные данные через интернет, находясь вдали от дома. В компьютере можно собирать, анализировать информацию, составлять отчеты.
- Собирать информацию о минимальных и максимальных показателях и сохранять их в памяти термометра.
- Прибор может комплектовать другими нужными приборами, такими как часы, календарь, будильник.
- Звуковые сигналы с .
Необходимо отметить, что любая дополнительная функция – это плюс к стоимости градусника. Поэтому необходимо перед приобретением определиться, что вы хотите видеть в термометре, какие функции лично для вас важны.
Термометры со щупом
В отдельную категорию надо отнести электронные термометры с щупом. По сути, это все та же конструкция, в которой датчик спрятан в металлический штырь, называемый щупом. Это бытовой прибор, с помощью которого измеряется температура воды или пищи. Просто щуп втыкается в любой продукт, а на дисплее прибора появятся цифры, обозначающие температуру внутри тела.
Чисто конструктивно термометры данного типа делятся на две категории:
- проводные,
- беспроводные.
Первые – это когда щуп (спица) и основной блок соединены проводом. Второй – это когда основной блок насажен на спицу. Проводные модели часто используются, когда надо проверить температуру готовящегося блюда, находящегося внутри . В остальных случаях лучше использовать беспроводные устройства.
Термометры с выносным щупом снабжаются разными дополнительными функциями. К примеру, цветовой индикаций, обозначающей степень готовности пищи, таймером, программатором, позволяющим выбирать температурный режим приготовления, звуковым оповещением.
Преимущества электронных термометров
Свою популярность электронные термометры получили за счет свои явных преимуществ.
- Точность измерений.
- Быстрота получения измеряемых параметров.
- Возможность использовать в экстремальных условиях эксплуатации.
- Дополнительные функции барометра и гигрометра.
- Длительный срок службы.
Обзор ценового ряда некоторых моделей
Перед тем как купить электронный уличный термометр с выносным датчиком, надо определиться с его характеристиками. Как уже было сказано выше, чем больше функций, тем выше цена.
Модель | Характеристики прибора | Стоимость, руб. |
| 1300 | |