В данной статье будет описан цифровой термометр на микроконтроллере PIC16F628A с функцией памяти максимальной и минимальной измеренных температур.

Интернет пестрит всевозможными предложениями различных цифровых термометров на микроконтроллере, попадаются и запоминающие, но (меня поймет каждый радиолюбитель) всегда хочется чего-нибудь своего!!! Так и в моем случае появилась острая необходимость сделать цифровой термометр на микроконтроллере PIC16F628A, а нужен он мне был для измерения рабочей температуры мощных симисторов в процессе отладки терморегуляторов, позднее было принято решение использовать цифровой термометр и для измерения температуры в комнате и на улице.

Особенности принципиальной схемы цифрового термометра на микроконтроллере:

• Проста в повторении;
• Малое количество деталей;
• Надежность при длительном использовании и при воздействии возможных помех.

Принципиальная схема термометра показана на рисунке 1

Рисунок 1 - Схема принципиальная

Важная деталь - принципиальная схема запоминающего термометра на микроконтроллере разрабатывалась параллельно с печатной платой, так как микроконтроллер вещь универсальная (каждый пин любого из портов можно настроить как на вход, так и на выход). Отсюда – разводим сначала печатную плату, так как нам удобно, а после рисуем принципиальную схему. Это очень удобная методика! Признаюсь не моя, подглядел на каком-то из форумов! Автору респект!!!

Теперь немного подробнее рассмотрим особенности отдельных узлов принципиальной схемы запоминающего термометра на микроконтроллере PIC16F628A.

Сердцем термометра является микроконтроллер PIC16F628A фирмы Microchip. Это довольно распространенный и не дорогой микроконтроллер. Немало важным достоинством, которого является наличие энергонезависимой памяти и внутренней RC цепочки, которую можно использовать в качестве тактового генератора с фиксированной частотой 4МГц. Такое решение позволяет исключить из схемы обычный кварцевый резонатор и два конденсатора. Вдобавок освобождаются еще и два пина микроконтроллера. Сброс осуществляется при подаче питания, внешняя цепочка сброса исключена, тем самым уменьшилось общее количество деталей, и освободился еще один пин мк.

В качестве датчика температуры был выбран широко распространенный цифровой датчик DS18B20 фирмы Maxim, он не дорогой и передает информацию о измеренной температуре в цифровом виде, что позволяет не заботится о длине проводов, их сечении и прочее. Датчик DS18B20 способен измерять температуру от -55… +125 °С.

Информация выводится на 3-х разрядный семисегментный индикатор с общим катодом (ОК). Резисторы R5-R12 – токоограничивающие, катоды индикатора включены через транзисторы, это сделано для того чтобы не нагружать отдельные пины микроконтроллера. Кнопка SB1 нужна для отображения максимальной и минимальной измеренной температуры, а также для сброса этих величин. Кнопка SA1 переключает датчики(дом, улица).

В процессе разработки цифрового термометра на микроконтроллере была создана его упрощенная виртуальная модель в программе протеус см. рисунок 2

Печатная плата цифрового термометра, показанная на рисунке 3-4, была разработана в программе Sprint-Layout 5. Если программы нет, тогда можно воспользоваться PDF файлами печатной платы термометра, которые подготовлены в масштабе 1:1. Сам ими пользуюсь. В архиве также есть платы в зеркале. Текстолит выбран двухсторонний.

Рисунок 3 - Плата печатная вид снизу

Рисунок 4 - Плата печатная вид сверху

Плату разрабатывал, учитывая воздействие возможных помех. Для этого в схему были добавлены барьерные резисторы R1, R3, R14-R15. А также два конденсатора С1-С2. Термометр на микроконтроллере PIC16F628A, собранный из заведомо рабочих деталей, не требует наладки и начинает работать сразу после включения.

Рабочая программа для микроконтроллера была написана на языке ассемблер и отлажена в MPLab v 8.8. В результате получился вот какой термометр рисунки 5-7.

Рисунок 5 - Внешний вид термометра

Рисунок 6 - Внешний вид термометра(плюсовая температура)

Рисунок 7 - Внешний вид термометра(минусовая температура)

Рассмотрим что умеет делать термометр.При первом подключении цифрового термометра к источнику питания напряжением +5В. Однако в битах конфигурации микроконтроллера отключен детектор снижения напряжения, так что можно падавать и меньшее напряжение. На индикаторе на некоторое время высветятся три прочерка, это стартовая заставка, далее будет отображаться текущая температура датчика. Температура выводится на индикатор в диапазоне от -9,9 до 99°С с точностью до 0,1°С, в диапазоне от -55 до -10 и от 100 до 125 °С с точностью до 1°С. Незначащий первый разряд по необходимости гаситься. При первом запуске пороговые температуры обязательно перезапишутся во временной памяти, а после 5 минут и в энергонезависимой, при последующих запусках перезапись происходит только если выполняется условие превышения пороговых температур(максимальной или минимальной). Почему энергонезависимая память перезапишется не сразу, а через 5 минут??? Это специальный прием, который задает щадящий режим работы энергонезависимой памяти. За первые пять минут температура может измениться несколько раз, а запишется все равно самая максимальная/минимальная.О том, что происходит запись в энергонезависимую память, свидетельствуют три нижних квадрата, которые высвечиваются на некоторое время. Замечу, что в диапазоне температур, когда точность отображения 0,1°С сравнение порогов происходит с учетом десятых, в другом диапазоне десятые не учитываются. Температура измеряется где-то раз в 780 мс.

Если кратковременно нажать на кнопку SB1, то на индикатор будут поочередно выведены максимальная и минимальная измеренные температуры(и две заставки одна для максимальной -П- и одна для минимальной -U-), если кнопку нажать и удерживать до появлений трех прочерков, то произойдет сброс пороговых температур.

Термометр на PIC16F628A автоматически определяет наличие и исправность датчика DS18B20, исправность линии связи датчика DS18B20 с термометром. При отсутствии и обрыве датчика DS18B20, коротком замыкании плюсового провода с проводом информации, при переполюсовке плюсового и минусового проводов линии связи датчика DS18B20 с термометром на индикаторе появится сообщение Er1. Каждую секунду происходит повторная проверка датчика DS18B20 и линии связи. Если причина аварии будет устранена, термометр вернется к основному циклу. При коротком замыкании минусового провода линии связи с информационным проводом на индикаторе появиться сообщение Er2.

Готовую плату термометра разместил в китайском будильнике, предварительно выкинув от туда все не нужное. Вот что из этого получилось(рисунки 8, 9).

Рисунок 8 - Плата термометра в китайском будильнике

Рисунок 9 - Плата термометра в китайском будильнике

Технические характеристики:

• Диапазон измеряемых температур---------------------------------------------от -55 до +125 С
• Разрешающая способность измерения и отображения
• от-50 до -10 и от +100 до +120 С-----------------------------------------------------------1 С
• от-9,9 до+99,9---------------------------------------------------------------------------0,1 С
• Точность измерения температуры DS18B20 прибор высокой точности имеющий заводскую калибровку.
• Напряжение питания----------------------------------------------------------------------5 Вольт

И так подведем итоги…. У нас получился термометр на микроконтроллере PIC16F628A с энергонезависимой памятью, которую, по желанию, можно сбросить. Выбран щадящий режим записи в энергонезависимую память. Есть возможность просмотреть самую минимальную и самую максимальную измеренную температуру одним нажатием на кнопку. Принципиальная схема термометра проста и не содержит дефицитных деталей. В схеме применяются микроконтроллер PIC16F628A и датчик температуры DS18B20. Печатная плата проработана с учетом воздействия возможных помех, размеры платы 70х42. Термометр способен работать от трех батареек типоразмера АА. Средний ток потребления 25мА. Исходный файл прошивки микроконтроллера может пригодится новичкам в программировании.

Посмотрите также:

Термометр на микроконтроллере PIC16F628A и DS18B20(DS18S20)

Файлы к статье:

Архив с платами в формате PDF
Архив с проектом

Внимание! Архив с проектом был перезалит. Устранена одна ошибка неверной записи в энергонезависимую память. Все проверено в железе. Отдельное спасибо Михаилу Маруфенко за выявление ошибки!!!

Удачи всем! И пусть детали будут только исправные!