Thermometer mit Matrix-LED-Anzeigen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Dieses Thermometer zeigt Temperaturwerte mithilfe von Matrix-LED-Modulen an. Es ist möglich, die Helligkeit der Anzeige anzupassen und die Diskretion der Messwerte auszuwählen.

Das Thermometer verwendet einen Mikrocontroller PIC16F630-I/P Temperatursensor – DS18B20. Gemessenes Temperaturintervall von -55 ^оC bis + 125 ^оC. Der Messfehler beträgt ± 0,5 ^оC. Die Messwerte können auf die nächste 1 gerundet werden. ^оC.

In Abb. Abbildung 1 zeigt das Aussehen des Thermometers. Er wird mit doppelseitigem Klebeband an der Wand befestigt und der Sensor außerhalb des Fensters im Schatten von Bäumen montiert.

Reis. 1. Aussehen des Thermometers

Das Thermometerdiagramm ist in Abb. dargestellt. 2. Durch Drücken der Taste SB1 wird die Helligkeit der Anzeige erhöht, durch Drücken der Taste SB2 verringert. Insgesamt gibt es 16 Abstufungen. Wenn sich die Helligkeit ändert, speichert der Mikrocontroller den neuen Wert in seinem nichtflüchtigen Speicher. Der Indikator ist auf drei Matrixmodulen A1-A3 FZ0148 [1] aufgebaut. Jeder von ihnen besteht aus einer 8x8 LED-Matrix und einem MAX7219-Chip [2], der die LEDs mithilfe von Mikrocontroller-Befehlen steuert. Die Module sind parallel entlang der Stromleitungen VCC und GND und der Steuersignale CLK und CS (diese Leitungen verlaufen „durch und durch“ vom ersten Modulanschluss zum zweiten) und entlang der Informationsleitung in Reihe geschaltet. Informationen am DOUT-Ausgang sind gegenüber den am DIN-Eingang ankommenden Informationen um 16 Taktzyklen verzögert, angegeben durch CLK-Impulse. Der DOUT-Ausgang jedes Moduls, mit Ausnahme des letzten, ist mit dem DIN-Eingang des nächsten verbunden.

Reis. 2. Diagramm eines Thermometers

Die letzten 16 Bits der an das Modul übertragenen Informationen befinden sich immer im Schieberegister des MAX7219-Chips. Der Zustand des DIN-Eingangs wird durch die steigende Flanke des CLK-Impulses auf die niederwertige Stelle des Registers übertragen, jedoch nur, wenn der CS-Eingang niedrig ist. Bei einer steigenden Flanke am CS-Eingang werden Informationen aus dem Schieberegister über LEDs angezeigt und bleiben bis zur nächsten Flanke auf diesen erhalten.

Im betrachteten Gerät wird der niedrige Pegel des CS-Signals für die Dauer der Übertragung von 48 (16x3) Informationsbits eingestellt, die nacheinander in drei FZ0148-Module geladen werden. Nach Abschluss ermöglicht die steigende Flanke dieses Signals drei Modulen, gleichzeitig Informationen an die LEDs auszugeben. In Abb. Abbildung 3 zeigt die Platzierung der Ausgabesymbole auf ihren Matrizen. Durch die Installation des Jumpers S1 wird das Gerät in den Modus versetzt, in dem der Messwert auf einen ganzen Wert gerundet wird. In diesem Modus ist das A3-Modul zur Anzeige von Zehntelgraden nicht erforderlich und kann vom Gerät ausgeschlossen werden. Wenn Sie dieses Modul verlassen, wird immer 0 angezeigt.

Reis. 3. Platzierung von Ausgangssymbolen auf ihren Matrizen

Die nominelle Versorgungsspannung des Thermometers beträgt 9 V, tatsächlich kann sie jedoch im Bereich von 7,5 V bis 25 V liegen. Die für den Betrieb des Geräts erforderliche Spannung von 5 V wird vom integrierten positiven Spannungsstabilisator DA1 bereitgestellt.

In Abb. Abbildung 4 zeigt eine Zeichnung der Leiterplatte des Thermometers und die Lage der Teile darauf. Für den Mikrocontroller DD1 muss ein Panel bereitgestellt werden, in das er bereits programmiert eingesteckt wird. FZ0148-Module werden in den Anschlüssen X1, X2 (A1), X3, X4 (A2) und X5, X6 (A3) installiert.

Reis. 4. Zeichnung der Leiterplatte des Thermometers und die Lage der Teile darauf

Der im Diagramm fehlende X6-Anschluss auf der Platine dient lediglich der zuverlässigen mechanischen Fixierung des A3-Moduls.

Die Platine mit entfernten Modulen ist in Abb. dargestellt. 5. FZ0148-Module wurden zerlegt gekauft. Die Pinblöcke der im Bausatz darauf verbauten Stecker waren abgewinkelt, beim Zusammenbau habe ich sie aber durch gerade ersetzt. Der durch die Höhe der Anschlüsse entstehende Spalt zwischen Hauptplatine und Modulplatine ermöglicht eine bessere Wärmeableitung vom integrierten DA1-Stabilisator.

Reis. 5. Platine mit entfernten Modulen

Der BK1-Temperatursensor ist in einem vor Feuchtigkeit geschützten Metallgehäuse untergebracht und über ein bis zu mehrere Meter langes Bündel aus drei Drähten mit der Platine verbunden. Der Sensor sollte an einem vor direkter Sonneneinstrahlung geschützten Ort und fern von Heizungen und anderen Geräten platziert werden, die im Betrieb viel Wärme erzeugen.

Der vollständige Satz der angezeigten Zeichen, einschließlich Minuszeichen und Leerzeichen, ist in Abb. dargestellt. 6 und in Abb. Abbildung 7 zeigt den Inhalt des EEPROM des Mikrocontrollers, in dem das Bild dieser Zeichen gespeichert ist. Es enthält vier Byte Speicher für jedes Zeichen. Das Byte an Adresse 30H dient zur Speicherung des eingestellten Helligkeitswertes.

Reis. 6. Vollständiger Satz angezeigter Zeichen, einschließlich Minuszeichen und Leerzeichen

Reis. 7. Inhalt des EEPROM-Zeichenbildspeichers des Mikrocontrollers

Das Mikrocontroller-Programm wurde in der PIC Simulator IDE v7.21 erstellt. Die alle 1 s vom BK0,7-Sensor gelesenen Temperaturwerte werden von der Software geglättet, bevor sie auf dem Indikator angezeigt werden – jeder neue Wert wird in ein Array aus vier Zwei-Byte-Wörtern anstelle des ältesten geschrieben. Somit enthält dieses Array immer die Ergebnisse der letzten vier Messungen. Ihr Durchschnittswert wird auf dem Indikator angezeigt.

In der verwendeten Version der Entwicklungsumgebung ist es möglich, den Betrieb des DS18B20-Sensors zu simulieren (Abb. 8), was das Debuggen des Programms deutlich vereinfacht. Um die Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller und Geräten mit einer SPI-Schnittstelle, ähnlich wie bei LED-Modulen, zu organisieren, verfügt die Umgebung über eine Reihe von Standardverfahren und -funktionen.

Reis. 8. Mikrocontroller-Programm

Das Mikrocontroller-Programm kann von ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/04/max7219.zip heruntergeladen werden.

Literatur

1. MAX7219 Modul Dot Matrix Module für Arduino Control FZ0148. - URL: dhgate.com/store/product/5pcs-lot-max 7219-module-dot-matrix-modules/ 196738799.html (04).
2. 8-stellige LED-Anzeigetreiber mit serieller Schnittstelle. - URL: adafruit.com/datasheets/MAX7219.pdf.

Autor: K. Abdukarimov

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