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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Thermometer mit Timer- oder Thermostat-Steuerfunktion. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren Auf den Seiten des Radio-Magazins wurden wiederholt Beschreibungen verschiedener elektronischer Digitalthermometer veröffentlicht. Sie enthielten in der Regel einen Temperatur-Frequenz-Wandler und nichtdiskrete digitale Messelemente, die die gemessene Frequenz in Temperaturwerte umwandelten. Ein aus nichtdiskreten Elementen aufgebauter Temperatur-Frequenz-Wandler erfordert eine Kalibrierung und ermöglicht das Erreichen einer akzeptablen Genauigkeit innerhalb eines eher begrenzten Bereichs (aufgrund der Nichtlinearität der Temperatureigenschaften der Elemente). Der Einsatz moderner Elementbasis – Mikrocontroller und Spezialsensoren – vereinfacht den Schaltungsentwurf des Geräts deutlich und erhöht gleichzeitig die Funktionalität und Genauigkeit der Messungen. Das schematische Diagramm des vorgeschlagenen Thermometers ist in Abb. 1 dargestellt. eines.
Seine Basis ist der beliebte Mikrocontroller (MCU) PIC16F84A (DD1). Zur Temperaturmessung wurde ein integrierter digitaler Sensor (BK1) DS18B20 von MAXIM verwendet. Dieser Mikroschaltkreis erfordert keine Kalibrierung und ermöglicht die Messung von Umgebungstemperaturen von -55 bis +125 °C. Im Bereich von -10 bis +85 °C garantiert der Hersteller einen absoluten Messfehler von nicht weniger als ±0,5 °C . Der DS18B20-Sensor ist der fortschrittlichste der bekannten DS18X2X-Familie, die zuvor unter der Marke Dallas Semiconductor hergestellt wurde. Im Gegensatz zu den Funktionsanaloga DS1820 und DS18S20 können Sie vor Beginn der Messung die erforderliche relative Genauigkeit der Temperaturumrechnung aus dem folgenden Wertebereich einstellen: 0,5; 0,25; 0,125 und 0,0625 °C, während die Messzeit jeweils 93.75 beträgt; 187,5; 375 und 750 ms. Das Funktionsprinzip des DS18X2X-Sensors basiert auf der Zählung der Anzahl der von einem Generator mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten erzeugten Impulse in einem Zeitintervall, die von einem Generator mit einem anderen Temperaturkoeffizienten erzeugt werden, wobei die interne Logik des Sensors dies berücksichtigt und kompensiert die parabolische Abhängigkeit der Frequenzen beider Generatoren von der Temperatur. Der Austausch von Steuerbefehlen und Daten zwischen dem VK1-Sensor und dem DD1-Mikrocontroller, der mit einer Frequenz von 4 MHz arbeitet, erfolgt über einen eindrahtigen bidirektionalen 1-Wire-Datenübertragungsbus. Jeder DS18B20 verfügt über eine eindeutige 48-Bit-Nummer, die während der Produktion per Laser in das ROM geschrieben wird, sodass praktisch jede beliebige Anzahl von Geräten an denselben Bus angeschlossen werden kann. Der begrenzende Faktor ist hauptsächlich die Gesamtzeit, die für die sequentielle Abfrage aller mit dem Netzwerk verbundenen Sensoren aufgewendet wird. Mit einer Periode von 1 s sendet MK DD1 einen Befehl an den Sensor BK1, um den Temperaturmessvorgang mit einer Genauigkeit von 0,0625 °C zu starten, und erhält von diesem das Ergebnis der vorherigen Messung. Der vom Sender empfangene 12-Bit-Code, der der gemessenen Temperatur entspricht, wird in Dezimalform umgewandelt, auf Zehntel Grad gerundet und im dynamischen Modus auf der HG1-LED-Anzeige angezeigt. Durch Anlegen eines Spannungsprotokolls. 0 an einen der Ausgänge RAO, RA1 oder RA2, der MK schaltet die entsprechende Ziffer des Indikators ein und gibt gleichzeitig den siebenteiligen Code der in dieser Ziffer angezeigten Ziffer an die RBO-RB6-Ausgänge aus. Der Punkt auf dem Indikator, der den gesamten Teil der angezeigten Temperatur von der Dezimaltemperatur trennt, wird vom MK über den Open-Drain-Ausgang RA4 gesteuert. Die Anzeigedauer aller drei Ziffern des Indikators beträgt ca. 12,3 ms (Frequenz - 81 Hz). Da das Gerät über eine dreistellige Anzeige verfügt, wird die Temperatur im Bereich von -19,9 bis +99,9 °C mit einer Genauigkeit von 0,1 °C angezeigt, in den Bereichen -55...-20 und +100... + 125 °C – auf 1 °C genau. Darüber hinaus erhöht sich in diesen Intervallen der absolute Fehler der Temperaturmessung auf ±2 °C, sodass eine Temperaturanzeige mit einer Genauigkeit von Zehntelgraden bedeutungslos wird. Am Ende jeder Periode der Anzeige von Informationen auf dem Indikator prüft der MK den Zustand der Tasten SB1 und SB2 und setzt dabei die Spannung an den Ausgängen RAO-RA2 auf einen hohen logischen Pegel (dies entspricht dem Ausschalten aller). Bits des HG1-Indikators) und am Ausgang RA4 - die Spannung beträgt log 0. Die Bits RB5, RB6 werden für den Eingang neu konfiguriert und interne „Pull-up“-Widerstände, die mit dem +5-V-Leistungsbus verbunden sind, sind mit ihnen verbunden. Somit Wenn Sie die Taste SB1 oder SB2 drücken, wird der hohe logische Spannungspegel an RB5, RB6 durch einen niedrigen ersetzt, der vom MK überwacht wird. Die an diese Entladungen angeschlossenen LED-Anzeigeelemente haben keinen wesentlichen Einfluss auf den Zustand der angegebenen MK-Eingänge, da der Strom in umgekehrter Richtung durch sie vernachlässigbar ist. Das Gedrückthalten der Tasten hat keinen Einfluss auf den Betrieb der Anzeigen während der Informationsanzeige, da der Strom zwischen den Ausgängen RA4 und RB5, RB6 durch die Tasten SB1, SB2 durch die Widerstände R4, R5 begrenzt wird. Die Stromversorgung des Geräts erfolgt über den Ballastkondensator C220 mit einer Netzwechselspannung von 3 V. Dank der Diodenbrücke VD1 durchlaufen beide Halbwellen der Netzspannung die Zenerdiode VD2. Dadurch wird die Spannungswelligkeit am Kondensator C5 deutlich reduziert und es wird möglich, die Kapazität des Kondensators C3 zu reduzieren, von der der maximale Strom abhängt, den die Stromquelle der Last liefert. Die Zeitschaltung R1C4R2 bildet vor dem Starten des MC eine Pause, die erforderlich ist, damit die Spannung an den Kondensatoren C5, C6 nach dem Einschalten des Geräts im Netzwerk Zeit hat, auf ein Niveau anzusteigen, das den normalen Betrieb des MC gewährleistet . Wenn das Tonsignal eingeschaltet ist und die Kaskade am Transistor VT1 mit dem an seinen Kollektorkreis angeschlossenen Tonemitter HA1 in Betrieb geht, steigt der vom Gerät verbrauchte Strom erheblich an, daher sieht das MK-Programm das Ausschalten der Anzeige für vor Dauer des Signals. Diese Kaskade wird durch die im Kondensator C5 gespeicherte Energie gespeist, was zu großen Spannungsabfällen darüber führt. Um eine stabile Versorgungsspannung des MK und des Temperatursensors aufrechtzuerhalten, sind ein integrierter Spannungsstabilisator DA1 und ein Hochleistungs-Oxidkondensator C6 in das Gerät integriert. Wenn kein akustischer Alarm erforderlich ist, können die Mikroschaltung DA1 und der Kondensator C5 entfernt werden. In diesem Fall muss jedoch D815E (VD2) durch eine Zenerdiode D815A mit einer Stabilisierungsspannung von 5,6 V ersetzt werden. Codes "Firmware" ROM MK für ein Thermometer mit Timerfunktion sind in der Tabelle dargestellt. eines.
Wenn Sie die Taste SB1 drücken, ertönt ein kurzer Piepton und die Anzeige zeigt den Wert der verbleibenden Zeit bis zum Piepton an oder 0 (in der niedrigstwertigen Ziffer), wenn die Zeit nicht im Timer eingestellt wurde. Die erforderliche Zeitverzögerung (innerhalb von 1 ... 99 Minuten; Eingabe durch Drücken der SB2-Taste (ohne SB1 loszulassen). In diesem Fall beginnen die Anzeigewerte automatisch mit einer Frequenz von 2 Hz zu steigen. Wenn der gewünschte Wert erreicht ist, Die Tasten werden losgelassen. Die Temperaturwerte kehren 1 s nach dem Loslassen der Taste SB1 zurück. Nach Ablauf der angegebenen Zeit gibt das Gerät 10 s lang ein intermittierendes Tonsignal mit einer Frequenz von 1500 Hz ab. In der Tabelle Abbildung 2 zeigt die MK-„Firmware“-Codes, die dem beschriebenen Gerät die Funktion verleihen, einen Thermostat zu steuern, der eine bestimmte Temperatur in einer kontrollierten Umgebung mit einer Genauigkeit von ±1 °C aufrechterhält.
Die Anzeige und Einstellung der Temperatur (im Bereich -54...+124 °C) erfolgt wie im vorherigen Fall über die Tasten SB1 und SB2. Der eingestellte Temperaturwert wird im nichtflüchtigen Datenspeicher des MK gespeichert und bei jedem Anschluss des Gerätes an das Netzwerk aus diesem geladen. Wenn ein Gerät mit Thermostat in Betrieb ist, wird das Signal zur Steuerung der Heizung oder des Kompressors des Kühlschranks vom Ausgang RA3 entfernt und anstelle einer Kaskade wird am Transistor VT1 ein Optosimistor-Relais installiert, das die Leistung des Aktuators oder Schützes steuert , der wiederum die Heizung oder den Kompressor an das Stromnetz anschließt. Ein Diagramm einer möglichen Version eines solchen Relais ist in Abb. dargestellt. 2.
In der Tabelle angegeben. 2 „Firmware“ des MK dient zur Steuerung des Heizelements. Beträgt die eingestellte Temperatur im Thermostat beispielsweise +30 °C, erscheint am RA3-Ausgang des MK ein Protokollsignal. 1 (entspricht dem Einschalten der Heizung), wenn die Temperatur der kontrollierten Umgebung unter +29 °C sinkt, aber sobald die Temperatur auf +31 °C ansteigt, wird die Heizung ausgeschaltet. Somit beträgt die Hysterese zwischen dem Ein- und Ausschalten der Heizung 2 °C. Das erste unterstrichene Byte (02) in der Tabelle ist für seinen Wert „verantwortlich“. 2: Wenn es durch „01“ ersetzt wird, verringert sich die Hysterese auf 1 °C, und wenn es durch „03“ ersetzt wird, erhöht es sich auf 3 °C usw. Je kleiner die Hysterese, desto genauer ist die Einstellung Die Temperatur wird in einer kontrollierten Umgebung gehalten, die Ein-/Aus-Zyklen des Stellantriebs werden jedoch häufiger wiederholt und umgekehrt. Bei der Steuerung des Kühlschrankkompressors ist das Signal log. 1 am Ausgang RA3, der das Kühlsystem einschaltet, sollte erscheinen, wenn die Temperatur den angegebenen Grenzwert überschreitet und auf einen logarithmischen Wert wechselt. 0, sobald die Temperatur unter den angegebenen Grenzwert fällt, wiederum unter Berücksichtigung der Hysterese, die durch den Wert des ersten unterstrichenen Bytes in der Tabelle angegeben ist. 2. Um diese Betriebsart umzusetzen, müssen das unterstrichene 2., 3. und 4. Byte der Tabelle durch „19“, „15“ bzw. „11“ ersetzt werden Bei der Programmierung des MK müssen Sie Folgendes angeben: Generatortyp – HS-, WDT- und PWRT-Timer – aktiviert. Alle Teile des Thermometers sind auf einer Leiterplatte aus doppelseitiger Glasfaserfolie montiert (Abb. 3).
Die Platine ist für den Einbau von MLT-Widerständen, KD-Kondensatoren (C1, C2), K73-17V mit einer Nennspannung von 400 V (C3), KM (C7) und K50-35 (andere) ausgelegt. Um die Abmessungen des Geräts zu reduzieren, werden Teile auf beiden Seiten der Platine installiert (wo ihre Positionsbezeichnungen angegeben sind). Drahtbrücken werden bei der Installation in die in der Zeichnung mit einem nahegelegenen Punkt markierten Löcher der Kontaktpads eingelötet (ihre Funktion übernimmt auch der Ausgang des Kondensators C7). Die dreistellige LED-Anzeige HG1 besteht aus drei einstelligen LSD3212-20 (grüne Farbe) und kann durch jede andere mit einem Stromverbrauch von nicht mehr als 20 mA pro Element (Segment) ersetzt werden. Vor dem Einbau werden die Leitungen von 12 Anzeigen in unmittelbarer Nähe des Gehäuses abgeschnitten. Wir können den integrierten Stabilisator 78L05 (DA1) durch jeden anderen mit einer Stabilisierungsspannung von +5 V ersetzen. Der Schallkapselsender HA1 ist ein beliebiger kleiner Typ mit einem Wicklungswiderstand von 8...25 Ohm (vom Autor verwendet). ein elektromagnetischer Emitter NS0903A). Wenn Sie beabsichtigen, das Thermometer unter rauen klimatischen Bedingungen einzusetzen, sollten die Oxidkondensatoren C5 und C6 mit einem erweiterten Temperaturbereich (auf dem Gehäuse markiert „+105 °C“ oder höher) ausgewählt werden und der PIC16F84A MK sollte der E/ P-Version, was darauf hinweist, dass dieser Chip bei Temperaturen von -40 bis +125 °C arbeiten kann. In diesem Fall wird die montierte Thermometerplatine in ein versiegeltes Kunststoffgehäuse gelegt und mit Dichtmittel (z. B. Epoxidharz) gefüllt. Die Löcher für die Knöpfe werden innen mit einem Stück dünnem Gummi verschlossen, anschließend werden auf beiden Seiten der entstandenen Gummimembran oberhalb der Knöpfe SB1 Kunststoffkreise mit einem Durchmesser aufgeklebt, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Löcher im Gehäuse und SB2. Dadurch ist eine vollständige Isolierung der Geräteelemente von der Außenumgebung gewährleistet. Bei normalem Einsatz des Gerätes ist eine Versiegelung nicht erforderlich. Es ist nicht möglich, den Temperatursensor im Inneren des Thermometergehäuses zu platzieren, da dies zu einer Erhöhung des Messfehlers (aufgrund der Erwärmung der Elemente) und der Trägheit der Thermometeranzeigen bei Änderungen der Umgebungstemperatur führt. Eine Konstruktionslösung besteht darin, den Sensorchip in eine Arzneimittelampulle aus Glas geeigneter Größe zu platzieren. Die Austrittsstellen des flexiblen Kabels aus der Ampulle und aus dem Thermometergehäuse werden sorgfältig mit Dichtmittel gefüllt. Die Länge eines dreiadrigen Kabels kann mehrere Zentimeter bis zu mehreren zehn Metern betragen. Zusammengebaut aus gebrauchsfähigen Teilen und ohne Installationsfehler muss das Gerät nicht justiert werden. Autor: S.Koryakov, Schachty, Rostower Gebiet
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