Termometro ad alta precisione con sensore DS18S20. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Viene proposto un dispositivo di misurazione della temperatura, basato sul microcontrollore ATmega8515 e sul sensore di temperatura DS18S20, caratterizzato da semplicità di circuito e design con maggiore precisione di misurazione.

Oggi vengono prodotti molti sensori di temperatura diversi, sia analogici che digitali. Tuttavia, molti sensori analogici hanno una dipendenza significativamente non lineare del parametro di uscita dalla temperatura (termistori); i segnali di altri (termocoppie) devono essere notevolmente amplificati prima dell'uso.

Tutti spesso richiedono la calibrazione del misuratore di temperatura prodotto rispetto a un termometro di riferimento per eliminare errori sistematici. I sensori digitali sono generalmente calibrati in fabbrica e hanno una scala di temperatura lineare.

Per l'uso nel dispositivo è stato selezionato il sensore digitale comune DS18S20. Secondo [1] è in grado di misurare temperature nell'intervallo da -55 a +125°C. Purtroppo quasi tutti i termometri conosciuti dotati di questo sensore (ad esempio in [2]) non sfruttano la possibilità di ottenere da esso valori di temperatura con una risoluzione inferiore a 0,5 °C. Ciò è apparentemente dovuto alla necessità di leggere informazioni aggiuntive dal sensore ed eseguire calcoli utilizzando un'operazione di divisione complessa per un semplice microcontrollore. Questa funzionalità è implementata nel termometro proposto. La temperatura viene misurata con incrementi di 0,1 °C, il che consente di monitorare in modo più accurato l'andamento dei suoi cambiamenti.

Grazie all'utilizzo di un microcontrollore ATmega40-8515PU a 16 pin, il circuito del misuratore di temperatura mostrato in Fig. 1 si è rivelato relativamente semplice. Il sensore DS18S20 (BK1) è collegato al microcontrollore tramite un'interfaccia 1-Wire. Per controllare il sensore, nel microcontrollore viene selezionata l'uscita PE1 e l'ingresso PE0 riceve informazioni dal sensore. L'utilizzo di due pin invece di uno ha semplificato notevolmente il programma del microcontrollore.

Riso. 1. Schema del misuratore di temperatura

Il funzionamento dell'interfaccia 1-Wire si basa sulla codifica degli zeri e degli uno logici trasmessi su di essa a determinati intervalli di tempo. La durata di questi intervalli è impostata in modo abbastanza rigido, quindi il microcontrollore viene sincronizzato da un generatore stabilizzato da un risonatore al quarzo esterno ZQ1 e fornisce una durata dell'orologio della macchina di 0,25 μs.

Dopo aver dato al sensore il comando di iniziare il ciclo di misurazione della temperatura, il microcontrollore attende il suo completamento. Quindi legge dai registri interni del sensore non solo il valore di temperatura misurata comunemente utilizzato T_modificata con il valore del bit meno significativo 0,5 ^оC, ma anche due fattori di correzione. Fattore K₁ (COUNT_PER_C) - il numero di impulsi generati all'interno del sensore per grado di temperatura. Il coefficiente K2 (COUNT_REMAIN) è il resto nel contatore interno dopo aver conteggiato l'intera parte del valore della temperatura misurata. Il microcontrollore calcola il valore della temperatura regolata T utilizzando una formula simile a quella riportata nei dati di riferimento del sensore DS18S20:

T = int(T_modificata) - 0,25 + (K₁ - K₂)/K₁

Il valore della temperatura viene emesso attraverso le porte A, B e C del microcontrollore, le cui uscite sono collegate tramite resistori limitatori di corrente R2-R9, R12-R25 ai catodi degli indicatori LED a sette elementi HG1-HG3 con un comune anodo. La temperatura viene visualizzata da -55 a +99,9 °C. I valori di temperatura negativi, compresi nell'intervallo -55...-10°C, vengono visualizzati come numeri interi con un segno meno (Fig. 2,a). Nell'intervallo -9,9...-0,1 °C la temperatura viene visualizzata con decimi di grado e segno meno (Fig. 2,6). I valori positivi nel range 0...+99,9°C vengono visualizzati senza segno con i decimi di grado (Fig. 2,c).

Riso. 2. Visualizzazione della temperatura

Il termometro è assemblato su una scheda tecnologica in fibra di vetro con fori metallizzati posti su una griglia con passo di 2,5 mm (Fig. 3). Sulla scheda è installato un pannello per il microcontrollore. I condensatori C1-C3 sono ceramici. L'installazione è stata eseguita sul lato di installazione inverso della scheda utilizzando il filo MGTF. È possibile rendere remoto il sensore di temperatura VK1 collegandolo alla scheda con tre fili twistati di lunghezza non superiore a 5 m.

Riso. 3. Il termometro è assemblato su un pannello tecnologico in fibra di vetro con fori metallizzati

La corrente consumata dal termometro, a seconda del valore di temperatura visualizzato sugli indicatori, varia da 50 a 110 mA. Quando si utilizza il microcontrollore indicato nello schema, il termometro può essere alimentato da qualsiasi sorgente di tensione costante 4,5...5,5 V. Nel caso di alimentazione a batteria è consigliabile sostituire il microcontrollore con

ATmega8515L-8PU, che funziona con una tensione di alimentazione di 2,7...5,5 V, che praticamente coincide con la tensione di alimentazione consentita del sensore DS18S20 (3...5,5 V).

Il programma del microcontrollore può essere scaricato da ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/05/mega8515.zip.

Letteratura

1. Termometro digitale a 1 filo ad alta precisione - URL: robotstorehk. com/sensors/doc/DS18S20.pdf.
2. Samokhin I. Termometro digitale con funzione di controllo termostato. - Radio, 2007, n. 7, pag. 35, 36.

Autori: E. Lukyanenko, N. Nikitina, A. Starykh

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