Цифровой многоканальный термометр на ATmega8

Очень часто мы сталкиваемся с необходимостью измерения температуры и у каждого на то свои причины. Один мой хороший знакомый попросил ему в лабораторию сделать 3- канальный измеритель температуры который подключается к ПК и умеет вести лог. событий (проще говоря — журнал изменений температуры). При этом измерение температуры должно быть в диапазоне: 0 — 370 градусов. Так как задача поставлена, переходим к ее осуществлению.

Граница измеряемой температуры может доходить до 400 градусов, использование датчиков ds18b20 и подобных с диапазоном -55 / +125 — невозможно. В связи с этим было принято решение в качестве датчиков температуры использовать — термопару. Термопары — известны возможностью измерять высокие температуры, а также высокой линейностью и стабильностью показаний. Есть много разновидностей термопар, в этом проекте применены хромель-алюмелевые термопары (тип К).

Для наглядности сделал график в Excel:

Зависимость_термопара

 

Данный график показывает зависимость возникающей термоэдс от температуры спая, при этом видно что зависимость — линейная. И для получения текущего значения температуры, необходимо значение термоэдс умножить на определенный коэффициент, который нужно подобрать при калибровке устройства. Но этим путем мы не пойдем, постараемся обойтись без программного умножения и деления. К тому же не все так просто, не стоит забывать что получение точных результатов возможно лишь при идеальных условиях. На практике же появляются такие неприятные вещи как наводки, температурный дрейф, что в свою очередь влечет к погрешностям при измерениях.

Для получения данных с датчика его нужно подключить к микроконтроллеру, но и тут возникает проблема. Так как выходное напряжение очень маленькое, порядка нескольких десятков мВ, при прямой оцифровке с помощью АЦП про какой-либо результат можно забыть, так как измеряемое напряжение просто смешается с шумами. Для того чтоб работать с этим сигналом, его необходимо усилить, как это сделать написал в статье про операционный усилитель.

Теперь собственно немного слов о самом устройстве:

Характеристики:

Подключение к ПК: COM-порт / USB
К-во подключаемых термопар: 3 шт.
Диапазон измерянмых температур: 0 — 400 градусов
Диапазон питающих напряжений: 7 — 20 Вольт (5 Вольт)
Ток потребления: 15 — 50 мА
Габариты платы: 65*65 мм

untitled-7

В устройстве есть возможность корректировки и калибровки температуры, это осуществляется переменными резисторами, после чего их следует залить термоклеем (чтобы не сбивались показания). Также присутствует индикация наличия питания. На плате есть кнопка для быстрого сброса микроконтроллера. Благодаря плотности монтажа,габариты платы получились небольшие. Это позволило поместить все в небольшой пластиковый корпус.

Схема устройства:

термопара_3канала_мега8

В схеме указан усилительный тракт только для первого канала, остальные каналы сделаны  аналогично. При разработке платы применил линейный стабилизатор напряжения  78L05, можно обойтись без него запитываясь напрямую от USB-разъема ПК. Для проекта был использован микроконтроллер ATmega8. Работает он от внешнего кварцевого резонатора с рабочей частотой 8 МГц. Для усиления сигнала применены ОУ — LM358, подключены по схеме неинвертирующего включения. Микросхема MAX232 — работает приемопередатчиком, преобразует сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, которые будем использовать при подключении к микроконтроллеру и обеспечивает связь с компьютером.

Смонтирован в корпус и готов к эксплуатации:

untitled

Светодиод необходим для индикации наличия питания подходящего к устройству, при необходимости его можно вывести на корпус. Если устройство протестировано и работает, то светодиод можно не ставить. Питание подается от небольшого зарядного устройства с выходным напряжением — 7 Вольт. Термопары подключаются к — 3 клеммам на плате и выводятся наружу через небольшие отверстия в противоположной части корпуса. Длина термопар применяемых совместно с данным устройством — 1,5 метра (можно использовать другие термопары и параметры, потом останется только откалибровать показания ).

IMG_0846

Использование COM-порта для передачи данных на ПК было задумано изначально как дефолтное, но в процессе разработки была предусмотрена возможность подключаться к компьютеру непосредственно через интерфейс USB. Для этого на плате есть два вывода, которые необходимо подключить к переходнику COM — > USB и все будет работать. Вариантов для использования данного девайса может быть много, от лабораторных и технических стендов до термостатов и тд.

IMG_0860

В скором времени будет небольшой обзор устройства и видео-тест его работы … 

FileDescriptionFile sizeЗагрузок
rar Термометр_прошивка1 kB 128
rar Термометр_печатная_плата11 kB 143
Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий