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 розм’якшення 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, олов’янийприпой 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:
Ø крихкість (колба, яка містить рідину, складається з скла, щоб
користувач міг бачити покази);
Ø відносна шкідливість вмісту колби (особливо рутуть);
Ø недостатня точність показів і складність градіювання.