Простой цифровой термометр своими руками с датчиком на LM35
Такой электронный измеритель температуры можно быстро сделать своими руками. Достаточно подключить Крону (или три пальчиковые батарейки, соединенные последовательно) к датчику, а датчик к вольтметру, как показано на рисунке – и термометр готов. Датчик потребляет от источника питания ток не более 10 мкА, поэтому батарейку можно не отключать длительное время.
Диапазон использования такого цифрового датчика очень широк:
— термометр комнатный
— термометр уличный
— термометр для воды и других жидкостей
— термометр для инкубатора
— термометр для бани и сауны
— термометр для аквариума
-термометр для холодильника
— термометр для автомобиля
— цифровой многоканальный термометр и т.д.
Схема цифрового термометра для измерения температуры от минус 40 до плюс 110 градусов Цельсия с однополярным источником питания. Диоды маломощные кремниевые – КД509, КД521 и т.д. Диапазон измерения тестера надо устанавливать на 2 вольта (2000 мВ), последняя цифра будет показывать десятые доли градуса, ее следует отделить точкой.
Для воды и других жидкостей датчик термометра следует сделать герметичным, для этого его можно залить силиконовым герметиком, либо поместить в медную трубку с внутренним диаметром 6 мм со сплющенным и запаянным концом. Запаянный конец трубки надо заполнить термопастой. Затем припаять к датчику провода, изолировать контакты и вставить датчик в трубку – протолкнуть до упора, чтобы он находился в теплопроводящей пасте. Таким образом получаем щуп-термометр. Если инерционность термометра не является критичной, датчик можно вставить в пластиковую трубку и загерметизировать ее концы.
Термометр легко сделать многоканальным. Для этого можно использовать как механические, так и электронные аналоговые переключатели. Ниже, для примера приведена схема двухканального термометра для плюсовых температур с использованием «перекидного» тумблера.
Этот прибор показывает уличную температуру, датчик висит за закрытой форточкой. Время на сборку заняло 30-40 минут.
Так выглядит прибор сзади. Собран градусник по схеме с одним источником питания, двумя диодами и резистором. Поскольку отрицательное смещение на диодах составляет порядка 2-х вольт, а минимальное напряжение питания датчика 4 вольта, в качестве БП использованы спаянные последовательно 5 батареек ААА. Датчики припаяны к неэкранированным проводам длиной 2,5 метра.
Измерил температуру своего тела – полный порядок. Подключил точно такой же другой прибор (без точки на индикаторе) к этому же датчику и огорчился, прибор «врет» в большую сторону на 0,2 градуса. В кипящей воде не пробовал: не готовы герметичные щупы. Перед замерами батарейки в обоих приборах заменил на одинаковые новые.
На основе этого термодатчика можно сделать простой регулятор температуры, добавив компаратор с регулируемым или фиксированным порогом срабатывания и силовой ключ (оптосимистор, реле …), который будет включать нагреватель. Для построения термостата (инкубатора, например) такая схема не пойдет, LM35 необходимо подключать к устройству с функцией ПИД-регулятора, например, ТРМ210.
Сложно о простом: цифровой термометр
Предыстория
После карантина захотелось потренироваться в разводке плат в Easy EDA и их изготовлению методом ЛУТ, да и особого желания делать сразу что-то сложное не было. Поэтому на роль «подопытного кролика» выступил проект цифрового термометра. К тому же это был отличный шанс попрактиковаться в написании программ для МК на C++.
Немного теории
Теоретический практикум
Для проекта был подобран следующий терморезистор (рис. 1). Данный артефакт ещё советских времён ( штекер «СШ-5»), но несмотря на свой возраст, работает отлично.
После первичного осмотра необходимо снять зависимость сопротивления от температуры. Для этого нам понадобится образцовый термометр и мультиметр (рис. 2).
План замеров таков:
После снятия первичных значений необходимо их обработать.
Для этого необходимо:
P.s. Данный практикум больше служит для выяснения типа датчика, нежели для получения итоговой функции (Т.к. проще составить прямую зависимость значения АЦП от температуры).
Схема электрическая принципиальная
Да, опять я не пользуюсь сдвиговыми регистрами или драйверами семисегментников. С другой стороны, проект простенький и поэтому особого смысла в экономии выводов ATMEGA328 я не видел. Датчик подключается в разъём H1, который вместе с резистором R1 образуют делитель напряжения. Напряжение с делителя напрямую поступает на аналоговый вывод МК. Данный узел необходим для измерения сопротивления терморезистора.
Печатная плата и 3D модель устройства
Так как изначальной идеей проекта была тренировка в разводке ПП в Easy EDA, то и делать плату мы будем в этой программе (рис. 5). Итоговый размер платы 90×63 мм.
Также для статьи была подготовлена 3D модель устройства (рис. 6).
Изготовление печатной платы
Результат неидеален, но приемлем. Полученную «плату» кидаем в ваш любимый раствор для травления (Я пользуюсь медным купоросом) и вытравливаем плату. Потом отмываем, сверлим отверстия, паяем. Итоговый результат сборки представлен на рисунке 9.1 и рисунке 9.2.
Вспоминая о соотнесении отверстий на просвет степлером, считаю необходимым показать результат совмещения (рис. 10).
Также скажу пару слов о сборке: перед программированием МК необходимо убедится в качестве пайки и травления, иначе можно получить самые разные неприятные сюрпризы.
Практика
Изменения в схеме в основном коснулись делителя, а также был отвязан вывод AREF от +5 В. Теперь R1 притягивает пин PC0 к земле, и номинал резистора был изменён с 10 кОм до 8.1 кОм
Теперь что касается формул. Так как конфигурация делителя изменилась, а на момент отладки уже работал вывод целых чисел на дисплей, то гораздо проще и лучше стало построить график зависимости температуры от значения АЦП и спрогнозировать его (рис. 12).
Итоговой формулой для моего датчика (Напомню, он обладает положительным ТКС и имеет линейную характеристику) стало следующее выражение:
Помимо всего прочего, схему необходимо обеспечить питанием от стабильного источника напряжение, иначе показания будут «плавать».
Скетч
Помимо проблем с пайкой были ещё и проблемы с самой ATMEGA328PU: экземпляр, который я купил в радиомагазине тактируется исключительно от 1 МГц (брак какой-то), поэтому всеми любимый ардуино код пришлось переделать в гибридный вариант. Изменения в основном коснулись динамической индикации, так как при тактовой частоте 1 МГц ардуино код вызывал сильное мерцание сегментов. Поэтому пришлось писать динамическую индикацию на прямом обращении к регистрам портов (рис. 14).
Для конфигурации порта необходимо использовать регистр DDR + «Имя порта» (B,C или D и тд.). Пример:
Теперь краткий экскурс по правильному управлению большим количеством пинов. Пример:
Данный метод выводит значение, записанное по цифрам в массив data[]. В отличии от варианта на ардуино коде эта реализация более компактная и оптимизированная, но гораздо сложнее для понимания и отладки (Я потратил на отладку 2 дня).
И так. в массиве chisla[][] записаны коды чисел для семисегментного индикатора с общим анодом. Цикл for перебирает цифры в массиве data[] и подставляет их в один из индексов массива chisla[][], тем самым получая код нужной цифры. Далее массив из 0 и 1 необходимо преобразовать в двоичное число для регистра. На первый взгляд задача сложная, но на самом деле всё гораздо проще.
Для перевода кода цифры необходимо воспользоваться школьными познаниями в информатике: вспомнить перевод числа из десятичной системы счисления в двоичную. Умножая 0 и 1 на 2 в нужной степени мы получим необходимый двоичный код. Пример: для того чтобы «потушить» сегмент «А» необходимо на сегмент «А» подать 5В. Для этого согласно схеме необходимо подать «1» на вывод PC5, т.е. сформировать вот такое двоичное число: «B100000» или умножить 1 на 25 или на 32 (В двоичном виде 32 представляет собой как раз «B100000») =). Код на С++:
PORTC = 32 * chisla[data[i]][0];
В данном случае «0» или «1» берутся из массива chisla[][]. По такому же принципу работают и другие сегменты.
PORTC |= 1 14.07.2020 
0 
0
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:
Особенности изготовления
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.
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
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.
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
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.
Бесконтактный термометр: как сделать инфракрасный градусник своими руками?
Главная страница » Бесконтактный термометр: как сделать инфракрасный градусник своими руками?
Не только для медицинского измерения температуры нужен градусник без контакта. На практике отладки схем электроники, тестирования новых конструкций аппаратного обеспечения и т.п. может успешно применяться бесконтактный термометр. Сильно нагревающиеся электронные компоненты, в таком случае, проверяются без риска получения ожога.
Основа инфракрасного бесконтактного градусника
Аппарат такого типа, конечно же нужен каждому электронщику. И было бы правильным говорить, что настоящий электронщик всегда испытывает желание сделать электронику своими руками, в том числе технический градусник. Поэтому рассмотрим тему – как сделать бесконтактный термометр своими руками на основе инфракрасного сенсора.
Своего рода «тепловую пушку» доступно построить своими руками на базе популярного набора «Arduino». Схема построения требует применения бесконтактного измерительного модуля температуры типа MLX90614.
Благодаря этому устройству, прибор успешно подходит не только для измерения температуры компонентов электронных схем, но также для контроля температуры тела живых организмов.
Один из вариантов исполнения измерительного и преобразующего модуля MLX90614, который необходим для изготовления своими руками электронного инфракрасного градусника
Кроме того, созданный своими руками бесконтактный термометр достаточно точно измеряет температуру:
Собственно, бесконтактные термометры широким ассортиментом доступны на коммерческом рынке. Однако цена таких устройств, но главное – творческий интерес, заставляют любителя электронщика применить собственные руки для изготовления градусника.
Что нужно для создания бесконтактного термометра?
Рассмотрим в подробностях, какие электронные компоненты и прочие комплектующие потребуются для самостоятельного производства бесконтактного инфракрасного градусника. Список нужных составляющих следующий:
Модуль измерительный MLX90614 — продукт «Melexis Microelectronics», представляет композицию двух устройств. Одним устройством выступает инфракрасный термический сенсор, другим — устройство обработки сигналов DSP (вычислительный элемент).
Модуль измерительный бесконтактного термометра работает на принципах закона Стефана-Больцмана. Согласно этому закону, все объекты излучают инфракрасную энергию. Причём интенсивность энергии прямо пропорциональна температуре объекта.
Чувствительный элемент модуля измеряет количество ИК-энергии, излучаемой целевым объектом. В свою очередь, вычислительный модуль преобразует полученное значение 17-разрядным АЦП и выводит уже данные температуры через протокол связи I2C.
Модулем измеряется как температуру объекта, так и температура окружающей среды для калибровки бесконтактного термометра. Характеристики измерительного модуля типа MLX90614 приведены в техническом описании (datasheet MLX90614).
Эффективное расстояние между сенсором и объектом
Одной из важнейших технических характеристик бесконтактного термометра является оптимальная величина расстояния между датчиком и объектом, в границах которой получается точный результат измерений.
Значение этого расстояния, как правило, напрямую связано с техническим термином «Поле зрения» (FOV). Так вот для постройки бесконтактного термометра своими руками используется датчик, значение FOV которого около 80°.
Так называемое «поле зрения» инфракрасного сенсора, которым определяется степень чувствительности объекта с точки зрения точного определения температуры
Если применить графику, диапазон чувствительности устройства логично отобразить конической формой, конус которой расширяется по мере удаления от точки восприятия датчика. Соответственно, по мере удаления от измерительного объекта зона чувствительности прибора увеличивается вдвое.
Таким образом, каждый 1 см удаления бесконтактного термометра от контрольного объекта приводит к увеличению зоны чувствительности на 2 см и как результат — к снижению точности измерения.
Практика применения самодельного бесконтактного термометра показала оптимальное расстояние от объекта не более 2 см.
Конструкция бесконтактного термометра своими руками предполагает размещение лазерного диода недалеко от сенсора, чтобы контролировать направленность и чувствительную область датчика.
Принципиальная схема самодельного инфракрасного термометра
Электронная схема прибора относительно проста, не представляет особых сложностей для сборки своими руками.
Электронная схема включения набора Arduino как функционального элемента бесконтактного термометра: 1 – модуль Arduino Uno; 2 – измерительный модуль MLX90614
Фактически представленной схемой задействованы всего четыре функциональных линии, две из которых линии питания и другие две линии связи SDA и SQL. В составе схемы бесконтактного термометра под сборку своими руками используется минимум компонентов обвязки:
Соответственно, к модулю Arduino Uno подключается информационный дисплей – модуль SSD1306 OLED или аналогичный. Схему подключения этого модуля легко отыскать среди публикаций, рассматривающих работу с Arduino.
Какой необходим корпус под градусник своими руками?
Здесь фантазии электронщиков-любителей ограничиваются только лишь существующими возможностями и расходной ценой. Как правило, корпус бесконтактного термометра выглядит удобным и практичным, если сделан в образе пистолета.
Такую конструкцию комфортно удерживать в руках и направлять детектор на контрольный объект. Самодельный «пистолет» бесконтактного термометра допустимо изготовить из разных материалов. Удачно подходит:
Пример корпуса бесконтактного термометра, сделанного своими руками, показан на картинке ниже:
Таким, примерно, достаточно эксклюзивным и оригинальным может выглядеть корпус самодельного бесконтактного термометра, внутри которого вмещаются все рабочие модули
Корпус прибора изготавливается не только с учётом размещения всех электронных модулей, но также с учётом размещения элемента питания, как правило, батареи типа «Крона».
Как запрограммировать Arduino на бесконтактный термометр?
Программирование модуля Arduino преследует цель получения значения температуры от измерительного модуля MLX90614 с последующим отображением на OLED-дисплее Arduino. Содержимое имеющегося программного кода упрощённое, благодаря разработанной библиотеке чтения данных MLX90614. Библиотека доступна для загрузки здесь.
Также потребуется выполнить инструкции по взаимодействию OLED дисплея с модулем Arduino, установить необходимые библиотеки для модуля дисплея OLED.
Код бесконтактного термометра под Arduino загружается внешним программатором TTL или аналогичным. Затем останется подать питание, нажать кнопку активации бесконтактного термометра. Если всё сделано правильно, лазерный луч отобразится на контрольном объекте, а температура объекта отобразится на OLED-экране.
