Термометр в машину своими руками

Схема электронного термометра с выносным датчиком своими руками

На замену не совсем удобным аналоговым измерителям температуры, в основе работы которых лежит свойство жидкости расширяться и сжиматься, промышленность предложила дискретные устройства. Эти совсем несложные приборы обладают рядом неоспоримых преимуществ. Купить измеритель можно практически в любом магазине бытовой или климатической техники, но гораздо интереснее изготовить электронный термометр с выносным датчиком своими руками.

Суть устройства

Термометр, разговорный аналог — градусник, предназначен для измерения температуры окружающей среды. Первое устройство было изобретено в 1714 году немецким физиком Д. Г. Фаренгейтом. В основе своей конструкции он использовал прозрачную запаянную колбу, внутри которой находился спирт. После в качестве жидкости учёный применил ртуть. Но шкала аналогового измерителя, существующая и по сей день, была разработана лишь только через 30 лет шведским астрономом и метеорологом Андерс Цельсием. За начальные точки он предложил взять температуру тающего льда и кипения воды.

Интересным фактом является то, что изначально числом 100 была отмечена температура таяния льда, а за ноль взята точка кипения. Впоследствии шкалу «перевернули». По некоторым мнениям это сделал сам Цельсий, по другим — его соотечественники ботаник Линней и астроном Штремер.

Вскоре изготовление ртутных измерителей было широко налажено производством в промышленных масштабах. Со временем ртуть из-за своей ядовитости была заменена на спирт, а затем и вовсе был предложен новый тип устройства — цифровой. Сегодня, пожалуй, градусник стал неотъемлемым атрибутом любого жилища. По совету Всемирной организации здравоохранения была принята Минаматская конвенция, направленная на постепенный вывод из обихода ртутных градусников. Согласно ей в 2022 году использование ртути в измерителях будет полностью прекращено.

Поэтому из-за своих отличных характеристик термометр с цифровой схемой практически не имеет конкурентов. Предлагаемые в продаже спиртовые приборы проигрывают ему по точности и удобству восприятия данных.

Электронные модели могут располагаться в любом месте, ведь в контролируемом помещении необходимо расположить только небольшой датчик, подключённый к устройству. Этот тип используется во многих технологических процессах промышленности, например, строительных, аграрных, энергетических. С их помощью контролируется:

Принцип работы

Перед тем как непосредственно приступить к изготовлению электронного термометра, следует разобраться в принципе его действия и определиться, из каких узлов будет состоять конструкция. Промышленно выпускаемые электронные градусники различаются по своим размерам и назначению. Но все они построены на однотипном принципе действия.

Проводимость материала изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Основываясь на этом и проектируется схема электронного градусника. Так, чаще всего в конструкции применяется термопара. Это электронный прибор, стоящий из двух сваренных между собой металлов. На поверхности каждого из них имеется контактная площадка, подключённая к измерительной схеме. При нагревании или охлаждении контактов возникает термоэлектродвижущая сила, появление и изменение которой регистрируется платой электроники.

В устройствах нового поколения вместо термочувствительного элемента используется кремниевый диод. Полупроводниковый радиоэлемент, у которого наблюдается зависимость вольт-амперной характеристики от температурного воздействия. Иными словами, при прямом включении (направление тока от анода к катоду) значение падения напряжения на переходе изменяется в зависимости от нагрева полупроводника.

Всего же в конструкции простого термометра можно выделить пять блоков:

shema elektronnogo termometra

Особенности изготовления

sborka termometra svoimi

Человеку, увлекающемуся радиолюбительством, сделать электронный термометр своими руками по схеме не доставит трудностей, но в то же время обычному потребителю понадобится иметь хотя бы навыки паяния. Сегодня существует довольно много различных схем, отличающихся как сложностью повторения, так и дефицитностью радиодеталей.

При выборе схемы учитывают характеристики, которые она сможет обеспечить будущему измерительному устройству. В первую очередь — это диапазон измеряемых температур, а во вторую – погрешность. Конструктивно можно собрать проводную и беспроводную модель. При сборке второго типа используется радиомодуль, значительно удорожающий изделие.

Из-за использования чувствительных специализированных микросхем собирать навесным монтажом схему вряд ли получится. Поэтому предварительно изготавливается печатная плата. Делать её лучше из одностороннего фольгированного стеклотекстолита методом «лазерно-утюжной технологии».

Суть метода заключается в том, что с помощью, например, Sprint Layout, рисуется печатная схема устройства и распечатывается в зеркальном отображении в масштабе 1:1 на лазерном принтере. Затем, приложив отпечатанный рисунок изображением вниз к фольгированному слою, проглаживают чертёж разогретым утюгом. Из-за особенностей тонера изображение линий перенесётся на стеклотекстолит. Далее плата погружается в ванную с реактивом, например, FeCl3.

samostoyatelno sobrat termometr

В качестве индикатора можно использовать светодиодную матрицу, но лучше приобрести любой монохромный экран. Простой экран можно взять буквально за «копейки», например, подойдёт от старых системных блоков, выполненных в форм-факторе АТ. Если планируется конструкция с выносным датчиком, то неплохим вариантом будет использование шлейфа с диаметром проводника от 0,3 мм2, но в принципе подойдёт любой провод. При этом чем вынос датчика больше, тем большего сечения нужен и провод.

В схемотехнике некоторых термометров используются микроконтроллеры. Их применение позволяет упростить электрическую схему и повысить функциональность, но при этом требует навыков программирования и умения загружать прошивку. Для этого понадобится программатор, который можно также спаять самостоятельно, например, для LPT из пяти проводов.

Простой термометр

prostoy elektronnyy termometr

В качестве мультиметра можно использовать стрелочный или цифровой прибор. К датчику согласно схеме подключают источник питания. Например, КРОНу или три соединённых последовательно пальчиковых батарейки. Измеритель же подключают к клеммам V и COM и переводят в режим измерения температуры. Потребление датчика при работе не превышает 10 мкА.

Диапазон измерения мультиметра устанавливается на два вольта. Отображённый на экране результат и будет соответствовать измеряемой температуре. Последняя цифра в числе обозначает десятые доли градуса.

При желании устройство можно сделать двухканальным. Для этого дополнительно необходимо будет изготовить механический или электронный переключатель.

Цифровая схема

Одна из самых простых схем состоит всего из нескольких элементов. В основе конструкции лежит использование датчика, выдающего значение температуры в цифровом коде. Стоимость термодатчика LM 335 не превышает 50 центов, при этом после калибровки его точность измерения составляет от 0,3 ° до 1,5° C. Датчик может измерять температуру от — 40 ° до 100° C. Выпускается он в двух корпусах — TO-92 и SOIC. В качестве аналога можно использовать отечественную микросхему К1019ЕМ1.

При монтаже длина соединительных проводов может достигать пяти метров. Калибровка схемы осуществляется изменением напряжения, подаваемым на вывод один. Необходимое значение рассчитывается по формуле:

Uвых = Vвых1 * T / To, где:

Напряжение, формирующее выходной сигнал, зависит от температуры, поэтому питание, подающееся на датчик, должно осуществляться от источника тока. Собирается он на двух транзисторах КТ209 и не требует дополнительных настроек. Максимальный ток питания не превышает 5 мА. Увеличение выходного напряжения на 10 мВ соответствует приросту температуры на один градус.

Использование микроконтроллера

Применение в схеме самодельного термометра микроконтроллера подразумевает использование программы, управляющей его работой. В качестве микросхемы применяется ATmega8, а датчика температуры — DS18B20.

В схеме используется небольшое число радиодеталей. Она несложная и не нуждается после сборки в какой-либо наладке. Напряжение питания микроконтроллера составляет пять вольт. Для его стабилизации используется микросхема L7805. Транзисторы можно использовать любые с NPN структурой. В качестве индикатора подойдёт трёхразрядный сегментный дисплей с общим катодом.

shema elektronnogo termometra

При программировании все установки микроконтроллера оставляются заводскими, и фьюзы не изменяются. Затем к собранному термометру можно добавить ещё один датчик, а также часы. Но для этого необходимо будет обладать знаниями в программировании, чтобы дописать программный код.

Точный термометр

svoimi rukami sobrat elektronnyy

Применение в качестве датчиков полупроводниковых диодов и транзисторов характеризуется сложностью калибровки показаний, что в итоге приводит к погрешности результата измерений. Поэтому для получения точного результата в качестве измерителя применяется бифилярно намотанная катушка из тонкого проводника, размещённая в цилиндре, имеющем размеры порядка 4х20 мм.

Основой конструкции является микросхема ICL707 и светящийся индикатор. Питание можно подавать от любого источника с выходной амплитудой 12 В. На DA3 собран нормирующий преобразователь, изменяющий своё выходное напряжение в зависимости от сигнала, поступаемого с датчика.

Настройка заключается в выставлении на 36 ноге микросхемы напряжения, равного одному вольту. Делается это с помощью резисторов R3 и R4. Вместо датчика подключают резистор на 100 Ом. Изменением сопротивления R14 устанавливают нули на цифровом индикаторе. После чего устройство готово к измерениям.

Источник

ZykovVlad › Блог › Термометр-Вольтметр или «наши руки не для скуки»

2e0c91s 100

Собственно предыстория: На прошлой машине у меня в салоне штатно установлены были только часы. Я купил в автомагазине первый попавшийся термометр, немного модифицировал его подсветку и установил в машину. установил над зеркалом заднего вида под потолком. Термометр показывал внешнюю температуру и температуру в салоне. Никаких нареканий к его работе не было, но… машина была продана и с ней ушел и термометр.
В теперешней своей машине, тоже захотелось поставить термометр. Привык я к нему. Скажу сразу — штатный термометр и часы в новой машине имеются. Однако выводится всё это на один ЖК цифровой дисплей. Поэтому либо смотрим время, либо температуру. Переключение между режимами одной очень маленькой кнопочкой, которая плюс ко всему еще и не имеет подсветки. В темноте попасть именно в эту кнопочку просто не реально (рядом еще 2 кнопочки, и вместо переключения и есть ошибся с кнопкой, то переходишь в режим установки времени). Поэтому было решено на штатном дисплее оставить время, а вот термометр прикупить. И лучше, если этот термометр еще и напряжение в бортовой сети показывать будет (опять же из опыта, иногда напряжение знать надо).

На торпеде у меня нет лишних заглушек, свободных DIN карманов и прочих свободных мест. Вырезать, сверлить торпеду я не хочу, просто категорически. Что-то приклеивать на двухсторонний скотч, липучку и т.п. тоже не было желания — как-то «колхозно», что ли… Выбрал уже привычное место над зеркалом заднего вида в салоне. Пространства между зеркалом и потолком более чем достаточно. Естественно такого же термометра купить не удалось, ибо был снят с производства. Поэтому купил того же производителя, но другую модель. Этот термометр показывал внешнюю, внутреннюю температуры, время, дату и день недели. Часы и дата мне были совсем не нужны, но раз уж есть, то пусть будут.

e070751s 960

Небольшое отступление. Не так давно приборы с ЖК индикаторами шли с поляризационной пленкой сверху. Она была либо приклеена, либо просто сверху индикатора ложилась, заодно играя роль защитной пленки для индикатора. Повернув пленку на 90 градусов по часовой стрелке можно было «12 часов» исправить на «6 часов». А если перевернуть пленку обратной стороной, то получали негативное изображение. Если были черные цифры на зеленом фоне, то получались зеленые цифры на черном фоне. Сейчас таких пленок не используют. Я так понимаю теперь поляризационный фильтр либо напыляют сверху, либо используют популяризированное стекло в качестве прижимного и его отделение от индикатора равносильно смерти индикатора.
Именно угол обзора и стал последней каплей для отправки термометра в машине в пыльные закрома с остатками других устройств.

Всех этих недостатков лишены светодиодные термометры, но у них есть свои недостатки:
1. Все светодиодные термометры либо бескорпусные, либо с корпусом для установки в панель. В принципе, это решаемо, у тех же китайцев можно прикупить пластиковый корпус подходящего размера по разумной цене, вкорячить туда термометр и использовать его как навесной прибор. При этом, понятно, степень гармоничности вписания в интерьер салона будет зависеть от места произрастания рук и степени их кривизны.
2. Яркость свечения. Увы… у всех встреченных мне поделок мне не попался ни один, который бы менял яркость при включении габаритов. А светят они не плохо. Но «люстру» мне, практически на уровне глаз, не нужно. Реализовать самостоятельно изменение яркости на уже готовом изделии — проблематично.

В итоге я соединил эти два модуля, объединил их в один прибор, написал программу для микроконтроллера и за пару дней терзаний сваял себе термометр-вольтметр. Честно говоря я уже давно не использую контроллеры AVR для своих поделок, несколько лет назад переключился на STM, поэтому в эту пару дней изготовления входят поиски где-то завалявшегося программатора, для заливки написанной программы в контроллер, поиск старого компьютера (драйверы программатора не работали с новыми версиями Windows), чтение документации на микроконтроллер ибо уже подзабыл, а так же изготовление простейшего корпуса — задняя часть к которой крепится кронштейн (черный пластик) и верхняя лицевая часть — прозрачное оргстекло. С боков прибор ничем не закрыт и видимо ничем далее закрываться не будет. Получилось следующее:

bc08751s 960

Кнопочка слева для переключения режимов показаний (кнопка подсвечивается). Режимов всего три: а) температура на улице и в салоне; б) температура на улице и напряжение в бортовой сети (цифрами); в) напряжение в бортовой сети (цифрами и графически).

588751s 960

e748751s 960

Вот так выглядит устройство, если посмотреть на него снизу. Виден торец дисплея, микроконтроллер, датчик температуры DS18B20. Слева виден синий подстроечный резистор, служащий для настройки вольтметра. Образцовый вольтметр я подключал прямо к клеммам АКБ, и смотря за показаниями этого вольтметра через лобовое стекло выставлял напряжение на девайсе.

8044751s 960

87c6ad1s 960

Примечание:
Напряжение питания дисплея равное 2,9 Вольт и напряжение питания подсветки дисплея равное 10 Вольт, я получил путем прямого измерения напряжения на этом дисплее, еще когда он был установлен непосредственно в телефоне. По данным от SHARP напряжение питания схемы дисплея составляет 3,0…3,3 Вольт. А напряжение питания светодиодной подсветки составляет 12,6…13,5 Вольт. На свой стах и риск можете использовать именно эти значения напряжения. Правда нужно будет пересчитать номиналы резисторов и конденсатора обвязывающих микросхему MC33063 (в интернете есть он-лайн калькуляторы).

Конструктивно LCD модуль выполнен как «сандвич» — с одной стороны платы припаяны компоненты, с другой стороны закреплен сам дисплей. Крепление дисплея в моем варианте применено «родное», снятое с того же телефона, что и сам дисплей. Представляет из себя металлическую рамку с прорезями под пластмассовые фиксаторы, которые расположены на корпусе LCD. С «донора» так же снял и пружинные контакты, которые обеспечивают надежное разъемное соединение между дорожками на плате и контактными площадками на LCD. Отмечу, что демонтаж и последующий монтаж металлической рамки держателя дисплея и пружинных контактов очень затруднен без использования фена. Боюсь работая просто паяльником, крепление и контакты будут испорчены. Закрепить дисплей можно просто на двухсторонний скотч, а к контактным площадкам припаять провода (предварительно зачистив контакты при температуре жала не выше 290 градусов).

Схема блока управления показана ниже. Всё традиционно и стандартно.

d415cd1s 960

Однако не смотря на всю традиционность и стандартность имеется маленькая деталь. На схеме управляющий сигнал PWM (регулировка яркости подсветки дисплея) идет в никуда. Это не ошибка. Дело в том, что у меня на борту уже имеется один самодельный прибор с кнопками и переключателями, для которого уже организован ШИМ (PWM) и яркость этих кнопок и переключателей уже меняется в зависимости от включения/выключания габаритов. Поэтому мне нужно было либо заводить в данный прибор один провод от габаритов, что бы контроллер мог распознать момент включения этих самых габаритов, позаботиться о защите порта, к которому этот провод будет подключен, написать кусок программы для опроса этого порта, кусок программы для организации ШИМ… или просто кинуть тоже всего один провод от имеющегося прибора с уже готовым ШИМ (PWM). Естественно я выбрал второе.

Примечание:
Для того, что бы сигнал ШИМ (PWM) генерировался не сторонним прибором, а именно этим контроллером, потребуется изменить схему прибора и программу для микроконтроллера. Мне видится так: датчик температуры нужно будет перебросить на порт PD6, что бы освободить порт PD7, который одновременно является выводом аппаратного ШИМ сигнала Timer/Counter 2. Вот к этому освободившемуся порту и подключить PWM. Одновременно с этим в самой программе нужно будет «перебросить» функцию опроса кнопки с Timer/Counter 2 на Timer/Counter 0, а Timer/Counter 2 настроить на вывод сигнала ШИМ (PWM). К стати, одну единственную редконажимаемую кнопку можно и без использования таймера опрашивать, а, например, в основном бесконечном цикле while < >в функции main < >.

Можно поступить и по другому. Оставить всё как есть, но для ШИМ использовать Timer/Counter 0. Для этого в программе нужно сделать соответствующие настройки для этого таймера, линию PWM завести на порт PB3 (нога 43), а линию RESET для LCD модуля завести на другой свободный порт (а их много свободных) с соответствующими настройками в программе. Пожалуй это наиболее простой способ.

Особое внимание останавливаю на супрессоре VD1. Его наличие в схеме обязательно. На худой конец можно поставить стабилитрон на 18 Вольт или стабилитрон на порт вольтметра на 5,1 Вольт. Импульсные помехи с генератора автомобиля могут иметь весьма большой размах по напряжению (значительно больше чем 18 Вольт) и вывести из строя порт микроконтроллера.

Питание прибора организовано из той же «кормушки», что и питание видеорегистратора (он установлен за зеркалом заднего вида). В свое время у китайцев я прикупил парочку преобразователей на 5 Вольт для автомобиля, и ни разу об этом не пожалел. В машине у меня таких преобразователя 2 — один установлен для заряда мобильных устройств, второй для питания видеорегистратора и иных устройств, требующих питания 5 Вольт. Они прекрасно пережили уже третью зиму и два весьма жарких лета, никаких нареканий к их работе у меня не возникло. Вот такие преобразователи:

c86ecd1s 960

Рисунки печатных плат не привожу по следующим соображениям:
1. У меня в основном использованы компоненты поверхностного монтажа, а кто-то предпочитает выводные.
2. Устройство было сделано из того, что было и совсем не факт, что то же самое будет и у остальных.
3. Блок управления я вообще состряпал практически из макетной платы (см. фотографию).

cb9f2d1s 960

Дальнейшему усложнению и расширению функционала устройство не подлежит. Вот отчет компилятора: «Program size: 7766 words (15532 bytes), 94,8% of FLASH». Память микроконтроллера практически полностью занята. Большое количество памяти «съел» большой шрифт — 14 знаков размером 32 х 45 пикселей. Если всё же понадобится чем-то дополнить, то делать это придется уже с микроконтроллером ATMEGA32, который абсолютно такой же как и ATMEGA16, но памяти в 2 раза больше — 32 кБайт.

Источник

Цифровой термометр в машину

0014ug 122

Термометр для машины должен быть легок в изготовлении. У многих сейчас среди инструмента есть мультиметр, остается только приобрести интегральный датчик температуры. Кремниевый термоэлектрический элемент иформирователь сигнала в едином пластмассовом корпусе ТО-92, который внешне не отличишь от транзистора КТ-209.

С таким термоэлектрическим элементом очень просто собрать чувствительный и точный цифровой термометр, который может быть использован в домашней лаборатории или при ремонте автомобиля.

Есть два типа термоэлектрического датчика, который делает самоделку простой —LM34 и LM35. Первый откалиброван в Фаренгейтах, второй в градусах Цельсия, когда они в работе, то выдают 10 мВ на один градус своей шкалы. Так что, сделав замер напряжения в 1 мВ, можно узнать температуру с точностью до десятой доли градуса. А это прецизионная точность для данных о температуре в помещении или салоне автомобиля.

Интегральные полупроводниковые датчики могут замерять температуру в диапазонах:

Для самодельного термометра понадобится:

На схемах датчик температуры обозначается прямоугольником с указанием типа и цоколевкой выводов.

Назначение выводов у датчика никак не совпадает с транзисторами в таком же корпусе.

Термометр пробник плюсовой температуры

В самом простом случае, для замеров только плюсовых температур, резистор и диоды не нужны.

Даже подключенный напрямую датчик потребляет от батарейки ток не больше 10 мкА, поэтому его можно оставить включенным надолго.

Для контроля температуры мультиметр переводится на измерение от 0 до 2000 мВ (0–2 В). Круглый переключатель в положении «2000 m».

Многофункциональный пробник минусовой температуры

Мультиметр ставиться на диапазон измерения 2000 мВ. Последнюю цифру, показывающую десятые доли градуса, можно отделить точкой, нарисованной черным маркером.

Для работы электронного термометра понадобится источник питания свыше 5 В, поскольку минимальное напряжение для датчика 4 В, а отрицательное смещение (запирание) каждого кремниевогодиода составляет 2 вольта.

Стабильный дистанционный термометр

Для сборки дистанционного термометра, припаиваем три длинных проводка (более 1.5 м будет достаточно) до датчика LM35. Используйте три разноцветных провода и запомните, к какому выводу датчика подключен каждый из них.

Намотайте немного изоляционной ленты на средний вывод, так чтобы другие два не могли коснуться до него. А затем полностью обмотайте изолентой места соединения проводков. Для лучшего результата засуньте замотанный датчик в кусочек термоусадочной трубки.

С длинными проводами можно будет измерять температуру в салоне и за бортом. Полтора метровые провода дадут возможность узнать температуру в автомобильном холодильнике или в подкапотном пространстве.

С противоположной стороны, к концам проводов нужно подсоединить соединитель батарейки Крона и резистор. Различные по цветам проводки как раз помогут не запутаться при подключении.

В приведенном примере белый провод используется для питания от батарейки, коричневый — общий «земля», синий — выход с датчика.

На фотографии можно увидеть герметичный температурный пробник, обернутый термоусадочной трубкой. Подключение «крокодильчиков» к резистору временное, для проверки её работоспособности.

Черный щуп от мультиметра подсоединяется к общему выводу «земле», красный щуп — к выходу датчика.

Многоканальный прибор

К мультиметру можно подключить несколько датчиков, только потребуется их включать по очереди.

По двум точкам переключаться можно перекидным тумблером.Для задействования большего количества датчиков потребуется многопозиционный галетный переключатель.

Миллиамперметр—показывающий прибор

Большую точность показаний с термоэлектрического датчика даст миллиамперметр. К тому же появится возможность удобной калибровки самодельного термометра.

Собранный прибор должен быть проверен на точность.

Поверка и калибровка в домашних условиях

Для поверки электрический датчик плотно приматывается изолентой к пробнику ртутного градусника, поверх для термоизоляции наматывается материя в несколько слоев. Для высокой точности лучше использовать лабораторный градусник с ценой деления 0.1 градус, диапазоном измерения от 0 до 50 °C.

Пока не выровняются температуры лабораторного градусника и пластмассового датчика, придется подождать полчаса, как известно, все температурные процессы инерционны.

При калибровке следует сравнять переменным резистором показания милливольтметра или миллиамперметра сданными на образцовом градуснике.

Только после поверки показаниям самодельного термометра, можно будет верить.

Автор: Виталий Петрович, Украина, Лисичанск.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Здоровая спина
Adblock
detector