Простой цифровой термометр на PIC16F628A и датчике DS18B20. Часы-термометр с анимированной сменой индикации (PIC16F628A) Термометр на пик больших индикаторах

Описание работы термометра

Назначение этого термометра всего лишь показывать температуру. Небольшие отличия от других подобных схем только в формате вывода температуры на LED индикатор, который представляет из себя 4-х разрядный сверхяркий CA04-41SRWA. В качестве датчика температуры применён DS18B20 в обычном включении с отдельным проводом питания.

Схема расчитана на питание от батареек, поэтму при включении питания индикатор не показывает ничего. Программа термометра при этом проходит инициализацию и сразу уходит в спящий режим. Спящий режим микроконтроллера позволяет экономить энергию источника питания. При нажатии на кнопку, подключенную к PORTB0, включается индикация.
На индикатор выводится подсказка:

Затем на индикатор выводятся сами показания температуры.

Вид вывода показаний следущий:

Отличие формы вывода есть только для низких положительных температур. При индикации такой температуры к символу "градус" добавлен знак "C". То есть градусы цельсия.Символ "градус" присутствует на индикаторе при любой измеряемой температуре.

Датчик температуры DS18B20 измеряет температуру с разрешением 0,0625 градусов цельсия. Термометр считывает показания из датчика и округляет их до десятых долей градуса. Десятые доли градуса выводятся на индикацию во всех режимах индикации, кроме режима температур меньших, чем -10 градусов цельсия. Это сделано для того, чтобы на показаниях отрицательных температур всегда присутствовал знак "минус".

Показания присутствуют на индикаторе в течение 30 секунд. Затем прибор снова уходит в спящий режим и индикатор выключается.

Моделирование термометра в протеусе

Модель в протеусе позволила отработать программную часть термометра не собирая сам прибор в железе. Все режимы оттестированы. Сбоев при моделировании в программе нет.

Саму модель можно загрузить по ссылке: termo_i_v2.DSN

Принципиальная схема термометра

Схема нарисована отталкиваясь от рисунка печатной платы. Сначала была сделана разводка проводников печатной платы, таким образом, чтобы длина проводников и расположениен деталей было оптимальным и только после того, как на печатной плате было получено соответствие портов микроконтроллера PIC16F628A выводам индикатора CA04-41SRWA была составлена точная принципиальная схема.

Печатная плата термометра

Настольные и настенные часы с термометрами выполнены в корпусах от стрелочных часов. Часы и термометр изготовлены как отдельные, самостоятельные устройства.

Термометр описывать не буду, он выложен на этом же сайте . Схема, печатная плата и прошивка там есть, все без изменений.

Датчик температуры DS18B20 настольных часов выведен за окно на улицу. Провода изолированные 0,35мм, длиной примерно 10 метров

Часы собраны на одинарных 7-ми сегментных светодиодных индикаторах зеленого цвета. Размер цифры 14х25,4мм – хорошо различимы с любого уголка комнаты. Обратите внимание, что индикатор подключен без гасящих резисторов. Это связано с тем, что каждый сегмент состоит из двух соединенных последовательно светодиодов и номинальное напряжение 3,8 вольта. При динамической индикации токи не превышают допустимые.

Стабилизатор напряжения находится в вилке - адаптере. Он собран на 3 ваттном трансформаторе и высокочастотном преобразователе – стабилизаторе LM2575T-5.0 по стандартной схеме. Микросхема без радиатора, практически не греется. Разъём для блока питания 3,5мм. Кварц 4 МГц.

Транзисторы n-p-n любые маломощные. Кнопки 6x6 H=14/10мм припаяны со стороны проводников. Длина толкателя кнопок выбирается исходя из требований конструкции. При каждом нажатии на кнопку добавляется единичка. При удержании – счет ускоряется до разумной скорости.

Резисторы МЛТ – 0,25. R3 – R6 1-3 кОм.

Аккумуляторы: 4 штуки из GP- 170, или подобные. При отключении сетевого напряжения они питают только микроконтроллер.

Диоды желательно подобрать с наименьшим падением напряжения в прямом направлении.
Платы изготовлены из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.
НЕХ файл, схема, печатки в папке №1.

Вариант 2: на одной плате

В этот корпус не помещались две платы: часов и термометра. Уменьшать размеры индикатора часов не хотелось.

Отображать время и температуру одним индикатором по очереди в настольных часах мне не нравится.
Пришлось взять для термометра другой индикатор меньшего размера и нарисовать новую печатную плату. Поэтому схема и прошивка для термометра другие.

НЕХ файл и схема термометра в папке № 2. Печатная плата там же.
Схема часов без всяких изменений взята из первого раздела.

Ниже вы можете скачать прошивки и печатные платы в формате HEX

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Вариант 1
	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	1			В блокнот
VR1	DC/DC импульсный конвертер	LM2575	1	5В		В блокнот
VT1-VT4	Биполярный транзистор	КТ3102	4			В блокнот
VD1, VD2, VD4	Диод	Д310	3			В блокнот
VD3	Диод Шоттки	1N5819	1			В блокнот
VS1	Диодный мост	DB157	1			В блокнот
С1, С2	Конденсатор	20 пФ	2			В блокнот
С3, С5	Конденсатор	0.1 мкФ	2			В блокнот
С4		330 мкФ 16 В	1			В блокнот
С6	Электролитический конденсатор	100 мкФ 35 В	1			В блокнот
R1, R2	Резистор	10 кОм	2			В блокнот
R3-R6	Резистор	1 кОм	4			В блокнот
R7, R10	Резистор	100 Ом	2			В блокнот
L1	Катушка индуктивности	330 мкГн	1			В блокнот
Tr1	Трансформатор		1			В блокнот
F1	Предохранитель	100 мА	1			В блокнот
	Батарея	4.8 В	1			В блокнот
HL1, HL2	Светодиод		2			В блокнот
S1, S2	Кнопка		2			В блокнот
Z1	Кварц	4 МГц	1			В блокнот
	Индикатор	FYS10012BG21	1			В блокнот
	Вариант 2
	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	1			В блокнот
VT1-VT4	Биполярный транзистор	КТ3102	1			В блокнот
С1, С2	Конденсатор	20 пФ	2			В блокнот
С3	Конденсатор	0.1 мкФ	1			В блокнот
R1	Резистор	4.7 кОм	1			В блокнот
R2, R3, R5, R6	Резистор

Термометр на микроконтроллере PIC16F628A и DS18B20(DS18S20) – статья с подробным описанием схемы запоминающего термометра и, вдобавок, - логическое продолжение ранее опубликованной мною статьи на яндекс сайте pichobbi.narod.ru. Этот термометр довольно неплохо себя зарекомендовал, и было принято решение немного его модернизировать. В этой статье расскажу, какие изменения внесены в схему и рабочую программу, опишу новые функции. Статья будет полезна новичкам. Позже переделал текущую версию термометра в .

Термометр на микроконтроллере PIC16F628A и DS18B20(DS18S20) умеет:

• измерять и отображать температуру в диапазоне:
  -55...-10 и +100...+125 с точностью 1 градус(ds18b20 и ds18s20)
  -в диапазоне -9,9...+99,9 с точностью 0,1 градус(ds18b20)
  -в диапазоне -9,5...+99,5 с точностью 0,5 градус(ds18s20);
• Автоматически определять датчик DS18B20 или DS18S20;
• Автоматически проверять датчик на аварию;
• Запоминать максимальную и минимальную измеренные температуры.

Также в термометре предусмотрена легкая замена 7 сегментного индикатора с ОК на индикатор с ОА. Организована щадящая процедура записи в EEPROM память микроконтроллера. Вольтметр, который неплохо себя зарекомендовал, описан в этой статье - .

Принципиальная схема цифрового термометра на микроконтроллере разрабатывалась для надежного и длительного использования. Все детали, применяющиеся в схеме, не дефицитные. Схема проста в повторении, отлично подойдет для начинающих.

Принципиальная схема термометра показана на рисунке 1

Рисунок 1 - Принципиальная схема термометра на PIC16F628A + ds18b20/ds18s20

Описывать всю принципиальную схему термометра не стану, так как она довольно проста, остановлюсь только на особенностях.

В качестве микроконтроллера применяется PIC16F628A фирмы Microchip. Это недорогой контроллер и к тому же не дефицитный.

Для измерения температуры используются цифровые датчики DS18B20 или DS18S20 фирмы Maxim. Эти датчики не дорогие, малые по размеру и информация о измеренной температуре передается в цифровом виде. Такое решение позволяет, не тревожиться о сечении проводов, о их длине и прочем. Датчики DS18B20, DS18S20 способны работать в диапазоне температур от -55… +125 °С.

Температура выводится на 7-ми сегментный 3-х разрядный LED индикатор с общим катодом (ОК) или с (ОА).

Для вывода на индикатор максимальной и минимальной измеренных температур нужна кнопка SB1. Для сброса памяти так же нужна кнопка SB1

Кнопкой SA1 можно оперативно переключать датчики(улица, дом).

Jamper необходим для переключения общего провода для LED индикатора. ВАЖНО! Если индикатор с ОК – то ставим jamper на нижнее по схеме положение, а транзисторы VT1-VT3 впаиваем p-n-p проводимости. Если LED индикатор с ОА, то jamper переводим в верхнее по схеме положение, а транзисторы VT1-VT3 впаиваем n-p-n проводимости.

В таблице 1 можно ознакомиться со всем перечнем деталей и возможной их заменой на аналог.

Таблица 1 – Перечень деталей для сборки термометра

Позиционное обозначение	Наименование	Аналог/замена
С1, С2	Конденсатор керамический - 0,1мкФх50В	-
С3	Конденсатор электролитический - 220мкФх10В
DD1	Микроконтроллер PIC16F628A	PIC16F648A
DD2,DD3	Датчик температуры DS18B20 или DS18S20
GB1	Три пальчиковых батарейки 1,5В
HG1	7-ми сегментный LED индикатор KEM-5631-ASR (OK)	Любой другой маломощный для динамической индикации и подходящий по подключению.
R1,R3,R14,R15	Резистор 0,125Вт 5,1 Ом	SMD типоразмер 0805
R2,R16	Резистор 0,125Вт 5,1 кОм	SMD типоразмер 0805
R4,R13	Резистор 0,125Вт 4,7 кОм	SMD типоразмер 0805
R17-R19	Резистор 0,125Вт 4,3 кОм	SMD типоразмер 0805
R5-R12	Резистор 0,125Вт 330 Ом	SMD типоразмер 0805
SA1	Любой подходящий переключатель
SB1	Кнопка тактовая
VT1-VT3	Транзистор BC556B для индикатора с ОК/ транзистор BC546B для индикатора с ОА	KT3107/КТ3102
XT1	Клеммник на 3 контакта.

Для первоначальной отладки работы цифрового термометра применялась виртуальная модель, построенная в протеусе. На рисунке 2 можно увидеть упрощенную модель в протеусе

Рисунок 2 – Модель термометра на микроконтроллере PIC16F628A в Proteus’e

На рисунке 3-4 показана печатная плата цифрового термометра

Рисунок 3 – Печатная плата термометра на микроконтроллере PIC16F628A(низ) не в масштабе.

Рисунок 4 – Печатная плата термометра на микроконтроллере PIC16F628A(верх) не в масштабе.

Термометр, собранный рабочих деталей начинает работать сразу и в отладке не нуждается.

Результат работы рисунки 5-7.

Рисунок 5 - Внешний вид термометра

Рисунок 6 - Внешний вид термометра

Рисунок 7 - Внешний вид термометра

ВАЖНО! В прошивку термометра не вшита реклама можно пользоваться в свое удовольствие.

Поправки, внесенные в рабочую программу:

1 автоматическое определение датчика DS18B20 или DS18S20;

2. снижено время перезаписи в EEPROM(если выполнилось условие для перезаписи) с 5 минут, до 1 минуты.

3. увеличена частота мерцания точки;

Более подробное описание работы термометра можно посмотреть в документе, который можно скачать в конце этой статьи. Если скачивать нет желания, то на сайте www.pichobbi.narod.ru также отлично расписана работа устройства.

Готовая плата отлично поместилась в китайский будильник (рисунки 8, 9).

Рисунок 8 – Вся начинка в китайском будильнике

Рисунок 9 - Вся начинка в китайском будильнике

Видео - Работа термометра на PIC16F628A

В Интернете полно схем цифровых термометров и эта очередная схема по функциональности ничем не выделяется. Но каждый (или почти каждый) программист микроконтроллеров хотя бы один раз сталкивается с задачей написать цифровой термометр. Это может быть конкретное устройство, а может быть учебный пример.

Предел измерения термометра от -55,0°С до +125,0°С. Датчик DS18B20 оцифровывает температуру с шагом 0,0625°С. На индикаторе результат измерения выводится с точностью 0,1°С. Реально производитель заявляет от погрешности +/- 0,5°С в диапазоне от -10°С до +85°С.

Индикация сделана на 4х разрядах семисегментных индикаторов. Питание термометра автономное, от литиевой батарейки на 12В, которая используется в брелках сигнализации авто. Решение нельзя назвать экономичным, но оцифровка температуры занимает доли секунды и поэтому достаточно кратковременно подать питание и оценить температуру.
Итак, схема устройства.

Схема:

Схема рисовалась по рисунку печатной платы, т.к. сначала придумывался дизайн, затем разводились электрические соединения, потом писалась программа и т.д.

Конструкция:

Конструктивно термометр собран на двух платах: плата индикации и плата контроллера. Платы расположены одна над другой и соединены через межплатные разъемы.

По рисунку печатной платы всё довольно просто, хотя схема выглядит не совсем традиционно. Предполагалось конструкцию одарить корпусом, но с этим напряженно. Датчик DS18B20 подключается через аудио-разъем.

Незначащий ноль не гасится, инициализация на +85,0°С не игнорируется (ну не интересно это было делать). В первом разряде в случае отрицательной температуры высвечивается символ "-" (минус).
Для любителей синтетического моделирования собран проект в Proteus Professional 7.2 SP6.

Сразу хочется отметить, что печатная плата и конструкция были разработаны с расчетом на то, чтобы сделать компактное устройство, крепящееся на стене.

Управление устройством осуществляется с помощью одной кнопки. Программа для микроконтроллера написана на Си, снабжена комментариями, и пользователи могут модифицировать ее под свои конкретные задачи, или же расширить функционал. Для управления ЖК индикатором используется готовая библиотека Peter Fleury (архив для скачивания доступен в разделе загрузок). Дополнительно, данные могут отображаться в градусах Цельсия или Фаренгейта. Имеется несколько режимов управления подсветкой индикатора.

Также стоит отметить еще один важный момент: устройство может осуществлять беспроводную передачу данных по протоколу Bluetooth посредством специального модуля (опционально).

Принципиальная схема

С точки зрения схемотехники устройство несложное, и мы рассмотрим отдельно составляющие элементы.

Источник питания термометра выполнен на базе интегрального регулятора напряжения в стандартном включении (с соответствующими фильтрующими конденсаторами). Регулятор напряжения 3.3 В AMS1117 включен в состав схемы, но применяться может в случае использования Bluetooth модуля, т.к. зачастую питание таких модулей 3.3 В.

Индикатор используемый в устройстве - это стандартный двухстрочный индикатор на контроллере HD44780 . Транзистор предназначен для управления подсветкой индикатора логическими сигналами с микроконтроллера или же ШИМ сигналом с микроконтоллера. Резистор R3 ограничивает ток через базу транзистора, резистор R1 подтягивает базу к нулевому потенциалу.

Основа термометра - микроконтроллер , работающий на частоте 8 МГц и управляющий все окружающей периферией.

Датчик DHT-11 - это недорогой датчик температуры и относительной влажности, используемый в проекте в качестве уличного датчика. Он не отличается высоким быстродействием и точностью, однако находит свое применение в радиолюбительских проектах из-за своей невысокой стоимости. DHT-11 состоит из емкостного датчика влажности и термистора. Также, датчик содержит в себе простой АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры.

Основные характеристики:

• низкая стоимость;
• напряжение питания 3 В - 5 В;
• предача данных по 1-Wire шине на расстояния до 20 м;
• определение влажности 20-80% с 5% точностью;
• максимальный потребляемый ток 2.5 мА;
• определение температуры 0…50° с точностью 2%;
• частота опроса не более 1 Гц (не более раза в 1 с);
• размеры 15.5 × 12 × 5.5 мм;

Следует отметить, что в продаже можно найти датчик DHT-22, который имеет тот же интерфейс, но лучшие характеристики.

Датчик подключается к микроконтроллеру по шине 1-Wire (на схеме кннектор JP3) с использованием подтягивающего резистора по линии данных и блокирующего конденсатора по питанию.

В качестве внутреннего датчика используется широко распространенный аналоговый датчик температуры LM35 IC5, который подключается к каналу 1 АЦП микроконтроллера.

Коннектор J1 интерфейса внутрисхемного программирования микроконтроллера позволяет быстро сменить программный код или обновить ПО. Для подключения термометра по интерфейсу UART используется коннектор JP1. Кнопка управления SW1 подключена ко входу внешнего прерывания микроконтроллера, данный вход подтянут к питанию внутренним резистором порта.

Bluetooth модуль для беспроводной передачи данных, на схеме обозначен как IC3, GP-GC021 также подключается к интерфейсу UART микроконтроллера и позволяет передавать данные на ПК, мобильный телефон или web-сервер. На печатной плате предусмотрено место для установки модуля. В разделе загрузок имеется описание модуля, процесс взаимодействия и команды.

ЖК индикатор устанавливается на лицевую часть печатной платы в коннектор, скрываяя, таким образом, установленные на основной платее компоненты, и мы получаем компактное устройство. Место для установки Bluetooth модуля находится на тыльной стороне печатной платы (см. фото платы).

Внешний вид готовой печатной платы для термометра

Рисунок печатной платы в САПР Eagle

Плата с установленным Bluetooth модулем

Загрузки

Принципиальная схема и печатная плата (Eagle), ПО (исходный код, прошивка) -
Библиотека для работы с ЖК индикатором на контроллере HD44780 -
Техническое описание на Bluetooth модуль GP-GC021 -