Комплексный цифровой датчик температуры для промышленных нужд
ART 53604
О.
Ю. ИщенкоБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Ищенко
О.
Ю.,
Скоробогатов
А.
В.,
Пустовая
О.
А. Комплексный цифровой датчик температуры для промышленных нужд // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – Т. 3. – С.
2991–2995. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/53604.htm.
Аннотация. Современный уровень развития микропроцессорной техники позволяет упрощать многие радиоэлектронные устройства, уменьшать их размеры, повышая надёжность работы. Но главное достоинство этих устройств
состоит в том, что они делают всё более доступными уже совсем привычные для нас возможности цифровой электроники. Это и цифровое отображение информации, и высокая точность и помехоустойчивость, и простота
использования. Не остаётся исключением и системы измерения и контроля температуры.
Текст статьи
УДК621.3.038Ищенко О.Ю., Скоробогатов А.В., Пустовая О.А.Комплексный цифровойдатчик температуры для промышленных нужд
Современный уровень развития микропроцессорной техники позволяет упрощать многие радиоэлектронные устройства, уменьшать их размеры, повышая надёжность работы. Но главное достоинство этих устройств состоит в том, что они делают всё более доступными уже совсем привычные для нас возможности цифровой электроники. Это и цифровое отображение информации, и высокая точность и помехоустойчивость, и простота использования. Не остаётся исключением и системы измерения и контроля температуры. Предлагаемое устройство для измерения температуры имеет достаточно широкую область применения. Это измерение и регулирование температуры воздуха, измерение и регулирование температуры воды и других жидкостей, не содержащих кислот и щелочей (при условии электрической изоляции токоведущих частей датчика), температурная защита электротехнических и радиоэлектронных устройств, работающих в диапазоне температур, измеряемых датчиком.Предлагаемое устройство состоит из цифрового интегрального датчика температуры DS18S20, устройства обработки сигналов микроконтроллера ATtiny2313 и светодиодного дисплея (рис.1).
Рисунок 1 Структурная схема термометра с датчиком DS18S20
Достоинства светодиодного дисплея в этом случае заключаются в удобстве чтения показаний в случае использования устройства в местах с недостаточной освещённостью, а также в отсутствии потребности в дополнительных сигналах. Недостатком является большее по сравнению с жидкокристаллическим дисплеем потребление тока.Датчик температуры соединяется с микроконтроллером одним проводом. Информация передаётся по протоколу 1Wire.Устройство DS18S20 представляет собой интегральную микросхему в трёхвыводном корпусе КТ37(TO92).
Рисунок 2 Внешний вид устройства DS18S20
Рисунок 3 Внутренняя структура устройства DS18S20
Температурный датчик DS18S20 имеет в своём составе множество элементов. Основными элементами являются ОЗУ и порт 1Wire. Также в состав датчика входят чувствительный элемент, двухбайтовый энергонезависимый регистр, генератор 8разрядного кода контрольной суммы данных, модуль контроля памяти и модуль питания.Основные технические характеристики датчика:1.Диапазон измерения температуры: 55…+125°С.2.Точность измерения температуры:
в диапазоне 10…+85°С: ±0,5°С
во всём диапазоне рабочих температур: ±2°С
возможностьполучения точности показаний ±0,1°С3.Максимальное время преобразования температуры 750 мс4.Напряжение питания 5 В ± 10%.Однопроводнойинтерфейс 1Wireпозволяет подключать множество датчиков к одной линии данных. Их количество будет зависеть от возможностей ведущего устройства (микроконтроллера).Передача данных всегда ведётся по инициативе ведущего устройства. Оно определяет направление передачи данных, посылает команды датчику и принимает от него информацию, производит дополнительные вычисления и выводит информацию на дисплей.В качестве ведущего устройства используется микроконтроллер фирмы AtmelATtiny2313. Программа работы микроконтроллера составлена на языке Assembler. Алгоритм работы микроконтроллера (МК):1.МК передаёт импульс сброса и принимает импульс присутствия.2.МК посылает команду пропуска чтения 64битного ROM.3.МК посылает команду преобразования температуры.4.МК формирует задержку минимум 750мс.5.МК посылает импульс сброса и принимает ответ от термометра.6.МК посылает команду пропуска чтения 64битного ROM.7.МК посылает команду чтения ОЗУ.8.МК принимает данные из ОЗУ.9.МК проверяет контрольную сумму и вычисляет температуру.10.МК выводит вычисленную температуру на дисплей.Электрическая принципиальная схема устройства изображена на рисунке 4.Питание устройства осуществляется от стабилизированного источника напряжения 5 В ± 10%.
Предлагаемая система на основе интегральных цифровых датчиков температуры и микроконтроллера позволяет с высокой точностью измерять температуру среды с выводом информации на дисплей, а при использовании нескольких датчиков, подключённых к одной линии, появляется возможность измерения температуры в нескольких точках среды. Возможности микроконтроллера позволяют производить дополнительную обработку и сохранение информации, а также передавать её для дальнейшей обработки в персональный компьютер.Предлагаемая система контроля позволит отследить суточный ход температуры теплоносителя,необходимость которого обусловлена принятием решения о мерах энергосбережения. В дальнейшем планируется на основе разработанного устройства выполнить программный комплекс для автоматического сбора и анализа информации о температурных процессах, протекающих в любых системах.Так же сейчас разрабатывается вариант измерительного прибора для эксплуатации в полевых условиях для экспресс определения температур, областью применения будут организация измерительных работ в соответствии с темой ©Нетрадиционные источники энергии для животноводческих фермª.
Рисунок 4Электрическая принципиальная схема термометра
Современный уровень развития микропроцессорной техники позволяет упрощать многие радиоэлектронные устройства, уменьшать их размеры, повышая надёжность работы. Но главное достоинство этих устройств состоит в том, что они делают всё более доступными уже совсем привычные для нас возможности цифровой электроники. Это и цифровое отображение информации, и высокая точность и помехоустойчивость, и простота использования. Не остаётся исключением и системы измерения и контроля температуры. Предлагаемое устройство для измерения температуры имеет достаточно широкую область применения. Это измерение и регулирование температуры воздуха, измерение и регулирование температуры воды и других жидкостей, не содержащих кислот и щелочей (при условии электрической изоляции токоведущих частей датчика), температурная защита электротехнических и радиоэлектронных устройств, работающих в диапазоне температур, измеряемых датчиком.Предлагаемое устройство состоит из цифрового интегрального датчика температуры DS18S20, устройства обработки сигналов микроконтроллера ATtiny2313 и светодиодного дисплея (рис.1).
Рисунок 1 Структурная схема термометра с датчиком DS18S20
Достоинства светодиодного дисплея в этом случае заключаются в удобстве чтения показаний в случае использования устройства в местах с недостаточной освещённостью, а также в отсутствии потребности в дополнительных сигналах. Недостатком является большее по сравнению с жидкокристаллическим дисплеем потребление тока.Датчик температуры соединяется с микроконтроллером одним проводом. Информация передаётся по протоколу 1Wire.Устройство DS18S20 представляет собой интегральную микросхему в трёхвыводном корпусе КТ37(TO92).
Рисунок 2 Внешний вид устройства DS18S20
Рисунок 3 Внутренняя структура устройства DS18S20
Температурный датчик DS18S20 имеет в своём составе множество элементов. Основными элементами являются ОЗУ и порт 1Wire. Также в состав датчика входят чувствительный элемент, двухбайтовый энергонезависимый регистр, генератор 8разрядного кода контрольной суммы данных, модуль контроля памяти и модуль питания.Основные технические характеристики датчика:1.Диапазон измерения температуры: 55…+125°С.2.Точность измерения температуры:
в диапазоне 10…+85°С: ±0,5°С
во всём диапазоне рабочих температур: ±2°С
возможностьполучения точности показаний ±0,1°С3.Максимальное время преобразования температуры 750 мс4.Напряжение питания 5 В ± 10%.Однопроводнойинтерфейс 1Wireпозволяет подключать множество датчиков к одной линии данных. Их количество будет зависеть от возможностей ведущего устройства (микроконтроллера).Передача данных всегда ведётся по инициативе ведущего устройства. Оно определяет направление передачи данных, посылает команды датчику и принимает от него информацию, производит дополнительные вычисления и выводит информацию на дисплей.В качестве ведущего устройства используется микроконтроллер фирмы AtmelATtiny2313. Программа работы микроконтроллера составлена на языке Assembler. Алгоритм работы микроконтроллера (МК):1.МК передаёт импульс сброса и принимает импульс присутствия.2.МК посылает команду пропуска чтения 64битного ROM.3.МК посылает команду преобразования температуры.4.МК формирует задержку минимум 750мс.5.МК посылает импульс сброса и принимает ответ от термометра.6.МК посылает команду пропуска чтения 64битного ROM.7.МК посылает команду чтения ОЗУ.8.МК принимает данные из ОЗУ.9.МК проверяет контрольную сумму и вычисляет температуру.10.МК выводит вычисленную температуру на дисплей.Электрическая принципиальная схема устройства изображена на рисунке 4.Питание устройства осуществляется от стабилизированного источника напряжения 5 В ± 10%.
Предлагаемая система на основе интегральных цифровых датчиков температуры и микроконтроллера позволяет с высокой точностью измерять температуру среды с выводом информации на дисплей, а при использовании нескольких датчиков, подключённых к одной линии, появляется возможность измерения температуры в нескольких точках среды. Возможности микроконтроллера позволяют производить дополнительную обработку и сохранение информации, а также передавать её для дальнейшей обработки в персональный компьютер.Предлагаемая система контроля позволит отследить суточный ход температуры теплоносителя,необходимость которого обусловлена принятием решения о мерах энергосбережения. В дальнейшем планируется на основе разработанного устройства выполнить программный комплекс для автоматического сбора и анализа информации о температурных процессах, протекающих в любых системах.Так же сейчас разрабатывается вариант измерительного прибора для эксплуатации в полевых условиях для экспресс определения температур, областью применения будут организация измерительных работ в соответствии с темой ©Нетрадиционные источники энергии для животноводческих фермª.
Рисунок 4Электрическая принципиальная схема термометра
