Программа Сервисный Центр
0

Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и микроконтроллере


Журнал Радиоаматор, март 2015

Андрей Сахненко, г. Одесса

Экспериментируя с высокотемпературными технологиями, автор вывел из строя несколько ртутных термометров. Это послужило толчком к разработке и изготовлению цифрового термометра, как альтернативу ртутному. Описание этого термометра приведено в настоящей статье.

Основой измерительной части рассматриваемого цифрового термометра является микросхема MAX6675ISA, позволяющая измерять температуру до 1023°С. Управление цифровым термометром осуществляется микроконтроллером (МК) PIC16F690-I/ML.

Разработанный прибор имеет следующие основные характеристики:

  • Диапазон измеряемых температур 0…1023°С.
  • Ошибка измерения в диапазоне 0…700°С ±2°С.
  • Ошибка измерения в диапазоне 700…1023°С ±4.25°С.
  • Максимальный ток потребления <12 мА.
  • Ток в «спящем» режиме 0.3 мкА.

В термометре использованы SMD-компоненты, что позволило разместить его в корпусе от брелока для автосигнализации (фото 1 и фото 2).
 

Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и микроконтроллере
Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и микроконтроллере
Фото 1.Фото 2.

Принципиальная схема термометра показана на рис.1.

Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и микроконтроллере
Рисунок 1.

В качестве датчика температуры в приборе использована термопара К-типа.

Аналоговый сигнал от термопары усиливается и преобразуется в последовательный цифровой (двоичный) код в АЦП (аналого-цифровом преобразователе) DD1 типа MAX6675, который выполнен в корпусе SO-8. Этот код (в формате SPI™) обрабатывается в микроконтроллере DD2 типа PIC16F690 (в корпусе QFN-20). После этого измеренное значение температуры выводится на четырехразрядный семисегментный светодиодный индикатор с общими анодами (ОА) HG1 типа GNQ2841BD-11.

Микросхема 12-разрядного АЦП DD1 типа MAX6675ISA специализированная. Она разработана специально для преобразования сигнала от термопары К-типа в последовательный цифровой код. MAX6675ISA имеет встроенную схему автоматической компенсации температур холодных спаев такой термопары.

Напряжение питания этой МС лежит в пределах 3.0…5.5 В, но при тестах она показала свою работоспособность на пониженном напряжении до 2.5 В.

Максимальный ток потребления микросхемы MAX6675 не более 1.5 мА. Поэтому автор использовал в качестве источника питания этой МС один из портов МК, тем самым, обеспечив минимальный ток потребления в спящем режиме.

Напряжение питания MAX6675 подается на вывод 4 DD1, с вывода 15 МК DD2 через фильтр R6С1.

Таблица 1.
ОбозначениеНазначение
1GNDКорпус
2T-Входы сигнала
термопары
3T+
4VccНапряжение питания
5SCKВход синхронизации
6—CSВход выбора кристалла
7SOВыход данных
8NCСвободный вывод

Назначение выводов МС DD1 MAX6675 приведено в табл.1, а назначение выводов DD2 PIC16F690-I/ML, с учетом записанной в этот МК программы, – в табл.2.

Таблица 2.
ОбозначениеНазначение
1RA3/VppВход данных от АЦП U1
2RC5Выход на сегмент g HG1
3RC4Выход на сегмент с HG1
4RC3Выход на сегмент h HG1
5RC6Выход на сегмент d HG1
6RC7Выход на сегмент e HG1
7RB7Выход на OA1 HG1
8RB6Выход на OA4 HG1
9RB5Выход на OA3 HG1
10RB4Выход на OA2 HG1
11RC2Выход на сегмент b HG1
12RC1Выход на сегмент f HG1
13RC0Выход на сегмент a HG1
14RA2/AN2Вход команды ON/OFF
15RA1/CLKВыход напряжения
питания для DD1
16RA0/DATВыход команды вкл.
питания от USB
17GNDКорпус
18VccНапряжение питания
19RA5Выход вкл. АЦП
20RA4Выход тактовых импульсов
для DD1

Напряжение питания МК PIC16F690-I/ML при тактовой частоте 8 МГц лежит в диапазоне 2.0…5.5 В.

В качестве источника питания МК (и всей схемы) используется литиевый аккумулятор (3.7 В) без маркировки размером 30 × 25 × 6 мм.

Кнопка SB1 служит для включения или выключения термометра.

В термометр встроено USB зарядное устройство (ЗУ) для аккумулятора.

ЗУ построено на двух транзисторах: VT2 – силовой ключ управления зарядным током батареи, VT1 – его драйвер. Подбор зарядного тока, в зависимости от емкости применяемой батареи, производится подбором сопротивления резистора R4.

Если USB-кабель не подсоединен, то развязывающий диод VD2 отключает схему зарядки от батареи.

При подключении прибора к USB порту ПК, термометр автоматически включается в режим зарядки батареи и на индикаторе высвечивается текущее напряжение на ней.

Падение напряжения, снимаемое с индикатора включения USB ЗУ (HL1), через развязывающий диод VD1 поступает на вход RA2/AN2 микроконтроллера DD2. По величине этого напряжения МК определяет включено или выключено питание через разъем USB. Вторая функция входа RA2/AN2 – сканирование состояния (нажатия) кнопки SB1 «ON/OFF».

В процессе измерения температуры кнопкой SB1 можно переключать индикатор из режима индикации температуры в режим индикации напряжения батареи питания и наоборот.

При заряде аккумулятора, когда напряжение на нем достигнет 4.2 В, процесс зарядки отключится, а на индикаторе высветится надпись «FULL».

Для согласования уровней шины обмена данными, используются резисторы R7 и R8.

В приборе применена посегментная, динамическая индикация четырехразрядного индикатора. Время обновления индикации 4 мс. Низкое напряжение питания, позволило автору обойтись без токоограничивающих резисторов для HL1.

В своей конструкции автор попробовал использовать термопару от мультиметра DT-838, но при нагреве выше 600°С термометр переставал работать. Сначала причину этого искалась в программе, но при замене термопары той, что изображена на фото 1, термометр заработал нормально. Эта noname термопара К-типа была приобретена на радиорынке.

Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и микроконтроллере
Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и микроконтроллере
Фото 3.Фото 4.

В схеме и на печатной плате устройства предусмотрена возможность внутрисхемного программирование (ICSP) МК. С этой целью на плате имеются три контактных площадки:

  • Vpp – напряжение программирования;
  • DATA – данные;
  • CLK – синхронизация (тактовые импульсы).

Эти площадки подключены к выводам 1, 16 и 15 DD2 соответственно. При программировании (прошивке) МК DD2 к этим площадкам и корпусу припаиваются провода с выходов программатора. Для обеспечения обычного режима работы эти площадки соединяются каплей припоя (перемычкой) с рядом расположенными контактными площадками.

Устройство собрано на односторонней печатной плате размерами 32×47 мм (фото 3 и фото 4). Чертеж печатной платы показан на рис.2, а расположение деталей на ней – на рис.3.

Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и микроконтроллере
Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и микроконтроллере
Рисунок 2.Рисунок 3.

Для калибровки схемы контроля напряжения батареи питания, необходимо:

  • отпаять литиевый аккумулятор;
  • установить перемычку J1, нанеся паяльником каплю припоя, соединив две соответствующие контактные площадки на печатной плате;
  • подключить к плате калиброванный источник с напряжением 3.7 ±0.05 В.

При этом МК запишет в свою энергонезависимую память новое значение калибровочной константы. По окончанию записи будет высвечена надпись «Stor» (от англ. Storе – хранить).

После этого надо отключить источник калиброванного напряжения от платы, снять перемычку J1, убрав каплю припоя, и подключить литиевый аккумулятор. Термометр готов к работе.

Желающие повторить рассмотренную в этой статье конструкцию могут скачать чертеж печатной платы в формате программ Sprint-Layout 6.0 и файл прошивки (НЕХ-файл) с сайта издательства «Радиоаматор».

Ссылки

  • Сайт издательства «Радиоаматор»
  • Теги: MAX6675, PIC16F690
     
     
    Информация
    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
     
    Обратная связь

    Наши партнеры

     

    Опросы

    Есть ли справедливость в жизни?
    Конечно есть, уверен!
    Вроде как должна быть, но...
    Затрудняюсь ответить...
    Какая справедливость? О чем Вы?
    Эх.., нет правды на свете!

     

    Облако тегов

    Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

    Показать все теги
     

    Календарь публикаций

    «    Декабрь 2016    »
    ПнВтСрЧтПтСбВс
     
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
     
     

    Архив новостей

    Декабрь 2016 (15)
    Ноябрь 2016 (42)
    Октябрь 2016 (34)
    Сентябрь 2016 (38)
    Август 2016 (34)
    Июль 2016 (36)
     
    Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"