Загрузка...Розробка термометра
Вступ
Температура є фізичною величиною, яка характеризується внутрішньою енергією кіл і безпосередньому вимірюванню не піддається. Тому всі методи вимірювання температури основані на перетворенні її в іншу фізичну величину, яка піддається безпосередньому вимірюванню.
В сучасному промисловому виробництві, наукових дослідах, при дослідженні матеріалів і зразків вимірювання температури є найбільш розповсюдженими. Широкий діапазон вимірювальних температур, різноманітність умов використання засобів вимірювання і вимог до них визначають різноманітність засобів вимірювання температури.
Рис. 1 Схема цифрового термометра
Прилад мусить мати точність вимірювання ±1°С.
Було прийнято рішення дослідити та спроектувати таку схему цифрового термометра. Схема була взята на одному із спеціалізованих сайтів а Мережі Інтернет.
Основною метою розробки та проектування приладу було, зменшення розмірів вже існуючих аналогів, тому практично всі елементи — поверхневого монтажу.
1.Вибір елементів схеми
фізичний термометр вимірювання
Виходячи з того, що це є вимірювальним приладом було прийнято рішення використати цифровий датчик вимірювання температури LM75A. це рішення було прийняте через те, що даний датчик розрахований на діапазон частот від -55°С до +125°С, крім того він має I2C інтерфейс.
Цифровий термометр реалізується на мікроконтроллері ATtiny2313. Оскільки він являється малопотужним 8 бітним AVR мікроконтроллером з RISC архітектурою. Робоча напруга складає 2,7 — 5,5 В, що теж є перевагою.
Рис. 2 Виводи мікроконтроллеруATtiny2313.
Опис виводів:
VCC — напруга живлення.
GND — земля.
Port A (PA2 — PA0) — порт А являє собою 3-розрядний двонаправлений порт вводу / виводу з внутрішніми резисторами (вибирається для кожного біта). Вихідні буфери порту А мають симетричні характеристики дисків та високу кількість можливостей. На виході контактів спостерігається джерело струму при активуванні внутрішніх резисторів.
Port D (PD6 — PD0) — порт D являє собою 7-розрядний двонаправлений порт вводу / виводу з внутрішніми резисторами (вибирається для кожного біта). Вихідні буфери порту D мають симетричний характер дисків та високу кількість можливостей. На виході контактів спостерігається джерело струму при активуванні внутрішніх резисторів.
RESET — Вхід скидання. Низький рівень на цьому контакті довше, ніж мінімальна тривалість імпульсу буде генерувати скидання, навіть коли контролер не працює. Вхід скидання є альтернативною функцією для РА2 і dW.
XTAL1 — інвертуючий вхід підсилювача генератора та вхід внутрішнього контуру. Це є альтернативною функцією РА0.
XTAL2 — інвертуючий вхід підсилювача генератора. Це є альтернативною функцією для РА1.
В якості транзисторів VT1 та VT2 були використані біполярні транзистори ВС874В, оскільки вони являються більш стабільним ніж КТ3189Б-9 та КТ9112А.
Так як максимальна потужність складатиме приблизно 15-20 мВт, і використовується елемент живлення на 4,5В, а основною метою розробки приладу було зменшення розмірів, є доцільним застосування резисторів та конденсатору поверхневого монтажу розмірами 0806 з максимальною допустимою потужністю 0.25Вт та максимальною пропускною напругою 20В для конденсатору.
В якості елемента живлення через її малі розміри доцільно використати три батарейки на 1,5 В фірми Golden Power 392А.
2.Розробка плати
Для початку підготовки плати потрібно розвести друковану плату. Для цього використовувалась програма Sprint Layout 5.0. Ширина доріжок склала 0,45 мм, діаметр контактів — 2,2 мм, діаметр отворів — 0,6 мм. Після розводки доріжок був використаний елемент металізація задля часткового екранування елементів плати від зовнішнього електромагнітного випромінювання.
Пізніше за допомогою лазерного принтера дана схема була перенесена на глянцевий папір, з якого за допомогою розігрівання тонера на глянцевому папері перенесена на плату. розігрівання відбувалось за допомогою праски. Перед цією процедурою з текстоліта була вирізана заготовка, потім вона була зачищена та обезжирена.
Після перенесення тонеру необхідно зняти шар паперу, дана операцію здійснювалась у воді, задля розмякшення фотопаперу та послідуючого пошарового знімання його з плати. Після зняття шару паперу на схемі залишився тонкий шар глянцю, що могло бути спричинено перегріванням фотопаперу під час перенесення тонеру. Отже, пізніше, в областях між доріжками та металізацією, шар глянцю був знятий механічно.
Далі заготовка протравлювалась в розчині хлорного заліза приблизно півтори години. І після промивання в чистій воді в місцях контактів були просвердлені отвори відповідного діаметру.
3.Пайка елементів
Для пайки було застосовано паяльник потужність 40Вт, оловянийприпой ПОС61 та флюс Ф3. Спочатко було припаяномікроконтроллер та цифровий датчик вимірювання температури, а потім пасивні радіоелементи R, C. Потім провели прозвонку за допомогою мультиметра вже припаяних елементів, припаяли транзистори, провели прозвонку. Потім припаяли виводи до елемента живлення, а також вимикач.
4.Налаштування
Світлодіод розміщений перед світлодіодним індикатором вказує на знак температури. При свіченні — температура нижча нуля. Схема починає працювати при включені перемикача.
Висновки
1)Діапазон вимірювання приладу становить від -55°С до +125°С.
)Час вимірювання складає приблизно 4-5 хв.
)Дана схема має не великі геометричні розміри. Оскільки основноюметою розробки та проектування приладу було, зменшення розмірів вже існуючих аналогів, тому були використані елементи — поверхневого монтажу.
)Отриманий прилад є досить економічним. В порівняні з існуючими аналогами він майже в двічі дешевший.
)Даний цифровий термометр має декілька переваг в порівняні з рідинними термометрами, адже для таких термометрів є характерним:
Øкрихкість (колба, яка містить рідину, складається з скла, щоб користувач міг бачити покази);
Øвідносна шкідливість вмісту колби (особливо рутуть);
Øнедостатня точність показів і складність градіювання.