타이머 또는 온도 조절기 제어 기능이 있는 온도계. 계획, 설명

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타이머 또는 온도 조절기 제어 기능이 있는 온도계. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전

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다양한 전자 디지털 온도계에 대한 설명이 Radio 잡지 페이지에 반복적으로 게재되었습니다. 일반적으로 여기에는 측정된 주파수를 온도 판독값으로 변환하는 온도-주파수 변환기와 비분리형 디지털 측정 요소가 포함되어 있습니다. 비이산 요소를 사용하여 구축된 온도-주파수 변환기는 교정이 필요하며 이를 통해 다소 제한된 범위 내에서 허용 가능한 정확도를 달성할 수 있습니다(요소 온도 특성의 비선형성으로 인해). 최신 요소 기반(마이크로컨트롤러 및 특수 센서)을 사용하면 장치의 회로 설계가 크게 단순화되는 동시에 측정 기능과 정확도가 향상됩니다.

제안된 온도계의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 하나.

타이머 또는 온도 조절기 제어 기능이 있는 온도계

그 기반은 널리 사용되는 마이크로컨트롤러(MCU) PIC16F84A(DD1)입니다. 온도를 측정하기 위해 MAXIM의 통합 디지털 센서(BK1) DS18B20이 사용되었습니다. 이 마이크로 회로는 교정이 필요하지 않으며 -55 ~ +125 °C의 주변 온도를 측정할 수 있으며 -10...+85 °C 범위에서 제조업체는 ±0,5 °C보다 나쁘지 않은 절대 측정 오류를 보장합니다. . DS18B20 센서는 이전에 Dallas Semiconductor 브랜드로 생산되었던 잘 알려진 DS18X2X 제품군 중 가장 발전된 센서입니다. 기능적 아날로그 DS1820 및 DS18S20과 달리 측정을 시작하기 전에 다음 값 범위에서 필요한 온도 변환의 상대 정확도를 설정할 수 있습니다: 0,5; 0,25; 0,125 및 0,0625 °C, 측정 시간은 각각 93.75입니다. 187,5; 375 및 750ms.

DS18X2X 센서의 작동 원리는 온도 계수가 다른 발전기에서 생성된 시간 간격에서 온도 계수가 낮은 발전기에서 생성된 펄스 수를 계산하는 동시에 센서의 내부 논리를 고려합니다. 온도에 대한 두 발전기의 주파수의 포물선 의존성을 보상합니다.

1MHz의 주파수에서 작동하는 VK1 센서와 DD4 마이크로컨트롤러 간의 제어 명령 및 데이터 교환은 단선 양방향 1-Wire 데이터 전송 버스를 통해 수행됩니다. 각 DS18B20에는 생산 중에 ROM에 레이저로 기록된 고유한 48비트 번호가 있으므로 거의 모든 장치를 동일한 버스에 연결할 수 있습니다. 제한 요인은 주로 네트워크에 연결된 모든 센서를 순차적으로 폴링하는 데 소요되는 총 시간입니다.

1초 동안 MK DD1은 센서 BK1에 명령을 보내 0,0625°C의 정확도로 온도 측정 프로세스를 시작하고 이로부터 이전 측정 결과를 수신합니다. 측정된 온도에 따라 발신자가 수신한 12비트 코드는 십진수 형식으로 변환되고 1분의 0도 단위로 반올림되며 동적 모드에서 HG1 LED 표시기에 표시됩니다. 전압 로그를 적용하여. 출력 RAO, RA2 또는 RA6 중 하나에 4을 적용하면 MK는 표시기의 해당 숫자를 켜고 이 숫자에 표시된 숫자의 12,3개 요소 코드를 RBO-RB81 출력으로 출력합니다. 표시된 온도의 전체 부분과 소수점 온도를 분리하는 표시기의 지점은 오픈 드레인 출력 RAXNUMX를 통해 MK에 의해 제어됩니다. 표시기 세 자리 모두의 표시 기간은 약 XNUMXms(주파수 - XNUMXHz)입니다.

장치는 19,9자리 표시기를 사용하므로 -99,9 ~ +0,1 °C 범위에서 온도는 55 °C의 정확도로 표시되고 범위는 -20...-100 및 +125... + 1 °C - 2 °C까지 정확합니다. 또한 이 간격에서는 온도 측정의 절대 오차가 ±XNUMX°C로 증가하므로 XNUMX분의 XNUMX도 정확도로 온도를 표시하는 것은 의미가 없게 됩니다.

표시기에 정보를 표시하는 각 기간이 끝날 때 MK는 SB1 및 SB2 버튼의 상태를 확인하여 출력 RAO-RA2에서 전압을 높은 논리 레벨로 설정합니다(이는 모든 버튼을 끄는 것에 해당함). HG1 표시기의 비트) 및 출력 RA4에서 전압은 로그 0입니다. 비트 RB5, RB6은 입력에 대해 재구성되고 +5V 전원 버스에 연결된 내부 "풀업"저항이 여기에 연결됩니다. , SB1 또는 SB2 버튼을 누르면 RB5, RB6의 높은 논리 전압 레벨이 낮은 전압 레벨로 대체되며 이는 MK에 의해 모니터링됩니다. 이러한 방전에 연결된 LED 표시 요소는 표시된 MK 입력의 상태에 큰 영향을 미치지 않습니다. 이를 통과하는 역방향 전류는 무시할 수 있기 때문입니다. 버튼을 계속 누르고 있어도 정보 표시 기간 동안 표시기 작동에 영향을 미치지 않습니다. 버튼 SB4, SB5를 통한 출력 RA6와 RB1, RB2 사이의 전류는 저항 R4, R5에 의해 제한되기 때문입니다.

이 장치는 안정기 커패시터 C220을 통해 3V의 AC 주전원 전압으로 전원이 공급됩니다. 다이오드 브리지 VD1 덕분에 주전원 전압의 두 반파가 모두 제너 다이오드 VD2를 통과합니다. 결과적으로 커패시터 C5의 전압 리플이 크게 감소하고 전원이 부하에 공급하는 최대 전류가 좌우되는 커패시터 C3의 커패시턴스를 줄이는 것이 가능해집니다.

타이밍 회로 R1C4R2는 MC를 시작하기 전에 일시 중지를 형성하므로 장치가 네트워크에서 켜진 후 커패시터 C5, C6의 전압이 MC의 정상 작동을 보장하는 수준으로 증가할 시간이 있습니다. .

사운드 신호가 켜지면 사운드 이미 터 HA1이 컬렉터 회로에 연결된 트랜지스터 VT1의 캐스케이드가 작동하면 장치에서 소비하는 전류가 크게 증가하므로 MK 프로그램은 표시기를 끄는 기능을 제공합니다. 신호 지속 시간. 이 캐스케이드는 커패시터 C5에 축적된 에너지로 구동되며, 이로 인해 전체 전압 강하가 커집니다. MK 및 온도 센서에 안정적인 공급 전압을 유지하기 위해 통합 전압 안정기 DA1 및 고용량 산화물 커패시터 C6이 장치에 도입되었습니다. 소리 경보가 필요하지 않은 경우 DA1 마이크로 회로와 커패시터 C5를 제거할 수 있지만 이 경우 D815E(VD2)는 안정화 전압이 815V인 D5,6A 제너 다이오드로 교체해야 합니다.

타이머 기능이 있는 온도계의 "펌웨어" ROM MK 코드는 표에 나와 있습니다. 하나.

(확대하려면 클릭하십시오)

SB1 버튼을 누르면 짧은 신호음이 울리고 신호음이 울리기 전 남은 시간 값이 표시기에 표시되며, 타이머에 시간이 설정되지 않은 경우에는 0(최하위 자릿수)이 표시됩니다. 필요한 시간 지연(1 ~ 99분 이내, SB2 버튼을 눌러 입력(SB1을 놓지 않음)). 이 경우 표시기 판독값은 2Hz의 주파수에서 자동으로 증가하기 시작합니다. 원하는 값에 도달하면 버튼을 놓으면 SB1 버튼을 놓은 후 1초 후에 온도 판독값이 반환됩니다.지정된 시간이 지나면 장치는 10초 동안 1500Hz 주파수의 간헐적인 소리 신호를 방출합니다.

테이블에 그림 2는 설명된 장치에 ±1°C의 정확도로 제어된 환경에서 주어진 온도를 유지하는 온도 조절 장치를 제어하는 기능을 부여하는 MK "펌웨어" 코드를 보여줍니다.

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온도 보기 및 설정(범위 -54...+124 °C)은 이전 경우와 마찬가지로 SB1 및 SB2 버튼을 사용하여 수행됩니다. 설정된 온도 값은 MK의 비휘발성 데이터 메모리에 저장되며 장치가 네트워크에 연결될 때마다 이 메모리에서 로드됩니다.

온도 조절 장치가 작동하는 장치가 작동하면 냉장고의 히터 또는 압축기를 제어하는 신호가 출력 RA3에서 제거되고 캐스케이드 대신 광시미스터 릴레이가 트랜지스터 VT1에 설치되어 액추에이터 또는 접촉기의 전원을 제어합니다. , 이는 히터나 압축기를 주전원에 연결합니다. 이러한 릴레이의 가능한 버전에 대한 다이어그램이 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.

타이머 또는 온도 조절기 제어 기능이 있는 온도계

표에 나와 있습니다. MK의 2 "펌웨어"는 발열체를 제어하도록 설계되었습니다. 예를 들어 온도 조절기의 설정 온도가 +30°C인 경우 MK의 RA3 출력에 로그 신호가 나타납니다. 1(히터 켜기에 해당) 제어되는 환경의 온도가 +29°C 미만으로 떨어지지만 온도가 +31°C로 올라가자마자 히터가 꺼집니다. 따라서 히터를 켜고 끄는 사이의 히스테리시스는 2°C입니다. 표에서 밑줄 친 첫 번째 바이트(02)는 해당 값에 대한 "책임"을 갖습니다. 2: "01"로 바꾸면 히스테리시스가 1°C로 감소하고, "03"으로 바꾸면 3°C로 증가합니다. 히스테리시스가 작을수록 설정이 더 정확합니다. 온도는 통제된 환경에서 유지되지만 액추에이터의 온-오프 사이클은 더 자주 반복되며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

냉장고 압축기를 제어할 때 신호는 로그입니다. 온도가 지정된 한계를 초과하고 로그 수준으로 변경되면 냉각 시스템을 켜는 출력 RA1에서 3이 나타나야 합니다. 온도가 지정된 한계 아래로 떨어지면 즉시 0이 되며, 표에서 밑줄 친 첫 번째 바이트 값으로 지정된 히스테리시스를 다시 고려합니다. 2. 이 작동 모드를 구현하려면 표에서 밑줄 친 2번째, 3번째, 4번째 바이트를 각각 "19", "15" 및 "11"로 바꿔야 합니다.

프로그램의 소스 텍스트

MK를 프로그래밍할 때 다음을 지정해야 합니다. 발전기 유형 - HS, WDT 및 PWRT 타이머 - 활성화.

온도계의 모든 부품은 양면 포일 유리 섬유로 만들어진 인쇄 회로 기판에 장착됩니다(그림 3).

타이머 또는 온도 조절기 제어 기능이 있는 온도계

이 보드는 MLT 저항기, KD 커패시터(C1, C2), 정격 전압 73V(C17)의 K400-3V, KM(C7) 및 K50-35(기타)를 설치하도록 설계되었습니다. 장치의 크기를 줄이기 위해 부품이 보드 양쪽(위치 지정이 표시된 위치)에 설치됩니다. 와이어 점퍼는 설치 중에 도면에 가까운 점으로 표시된 접촉 패드의 구멍에 납땜됩니다(그 기능은 커패시터 C7의 출력에 의해서도 수행됩니다). 1자리 LED 표시기 HG3212은 20개의 단일 자리 LSD20-12(녹색)으로 조립되며 요소(세그먼트)당 XNUMXmA 이하의 전류 소비로 다른 것으로 교체할 수 있습니다. 제자리에 설치하기 전에 하우징 바로 근처에서 XNUMX개 표시기의 리드가 잘립니다.

78L05(DA1) 통합 안정기를 안정화 전압이 +5V인 다른 안정기로 교체할 수 있습니다. HA1 사운드 캡슐 방출기는 권선 저항이 8...25Ω인 소형 크기의 것입니다(저자는 다음을 사용했습니다). NS0903A 전자기 방출기).

가혹한 기후 조건에서 온도계를 사용하려는 경우 확장된 온도 범위("+5 ° C 이상"인 경우 표시)를 갖춘 산화물 커패시터 C6 및 C105을 선택해야 하며 PIC16F84A MK는 E/ P 버전은 이 칩이 -40 ~ +125 °C의 온도에서 작동할 수 있음을 나타냅니다. 이 경우 장착된 온도계 보드는 밀봉된 플라스틱 케이스에 배치되고 밀봉재(예: 에폭시 수지)로 채워집니다. 버튼 구멍은 얇은 고무 조각으로 내부를 밀봉 한 후 케이스 구멍 직경보다 약간 작은 직경을 가진 플라스틱 원을 결과 고무 막의 양쪽 측면, 버튼 SB1 위에 접착합니다. 그리고 SB2. 이를 통해 장치 요소가 외부 환경으로부터 완벽하게 격리됩니다. 정상적인 조건에서 장치를 사용하는 경우 밀봉을 수행할 필요가 없습니다.

온도계 케이스 내부에 온도 센서를 배치하는 것은 불가능합니다. 이는 주변 온도가 변할 때 측정 오류(요소의 가열로 인한)와 온도계 판독의 관성 증가로 이어지기 때문입니다. 한 가지 설계 솔루션은 적절한 크기의 유리 약물 앰플 내부에 센서 칩을 배치하는 것입니다. 앰플과 온도계 케이스에서 나온 유연한 케이블의 출구 지점은 밀봉재로 조심스럽게 채워져 있습니다. XNUMX심 케이블의 길이는 수 센티미터에서 수십 미터가 될 수 있습니다.

서비스 가능한 부품으로 조립되고 설치 오류 없이 장치를 조정할 필요가 없습니다.

저자: S.Koryakov, Shakhty, Rostov 지역

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