O termômetro de maior precisão com o sensor DS18S20. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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É proposto um dispositivo de medição de temperatura baseado em um microcontrolador ATmega8515 e um sensor de temperatura DS18S20, que se caracteriza por um circuito simples e design com maior precisão de medição.

Hoje, muitos sensores de temperatura diferentes são produzidos, tanto analógicos quanto digitais. No entanto, muitos sensores analógicos têm uma dependência significativamente não linear do parâmetro de saída da temperatura (termistores), os sinais de outros (termopares) devem ser significativamente amplificados antes do uso.

Todos eles geralmente exigem que o medidor de temperatura fabricado seja calibrado contra um termômetro de referência para eliminar o erro sistemático. Os sensores digitais geralmente são calibrados na fábrica e possuem uma escala de temperatura linear.

Um sensor digital comum DS18S20 foi escolhido para uso no dispositivo. Segundo [1], ele é capaz de medir temperaturas na faixa de -55 a +125°C. Infelizmente, quase todos os termômetros conhecidos com esse sensor (por exemplo, em [2]) não usam a capacidade de obter dele valores de temperatura com resolução inferior a 0,5 °C. Aparentemente, isso se deve à necessidade de ler informações adicionais do sensor e realizar cálculos usando uma operação de divisão difícil para um microcontrolador simples. No termômetro proposto, essa possibilidade é realizada. A temperatura é medida com uma resolução de 0,1 °C, o que permite rastrear com mais precisão as tendências em sua mudança.

Graças ao uso de um microcontrolador ATmega40-8515PU de 16 pinos, o circuito do medidor de temperatura mostrado na fig. 1 acabou sendo relativamente simples. O sensor DS18S20 (VK1) é conectado ao microcontrolador através da interface 1-Wire. Para controlar o sensor no microcontrolador, a saída PE1 é selecionada e a entrada PE0 recebe informações do sensor. O uso de dois pinos em vez de um simplificou bastante o programa do microcontrolador.

Arroz. 1. Diagrama do medidor de temperatura

A operação da interface 1-Wire é baseada na codificação dos zeros e uns lógicos transmitidos por ela em determinados intervalos de tempo. A duração desses intervalos é definida de forma bastante rígida, de modo que o microcontrolador é cronometrado a partir de um gerador estabilizado por um ressonador de quartzo externo ZQ1 e fornecendo uma duração de ciclo de máquina de 0,25 μs.

Depois de dar ao sensor um comando para iniciar o ciclo de medição de temperatura, o microcontrolador aguarda sua conclusão. Em seguida, ele lê dos registros internos do sensor não apenas o valor medido de temperatura comumente usado T_meas com o preço do bit menos significativo 0,5 ^оC, mas também dois fatores de correção para ele. fator K₁ (COUNT_PER_C) - número de pulsos gerados dentro do sensor por um grau de temperatura. Coeficiente K2 (COUNT_REMAIN) - o restante no contador interno após a contagem da parte inteira do valor da temperatura medida. O microcontrolador realiza o cálculo do valor de temperatura ajustado T de acordo com uma fórmula semelhante à fornecida nos dados de referência do sensor DS18S20:

T = int(T_meas) - 0,25 + (K₁ - K₂)/K₁

O valor da temperatura é emitido pelas portas A, B e C do microcontrolador, cujas saídas são conectadas através dos resistores limitadores de corrente R2-R9, R12-R25 com os cátodos dos elementos dos indicadores LED de sete elementos HG1-HG3 com um ânodo comum. A temperatura é exibida de -55 a +99,9 °C. Valores negativos de temperatura entre -55...-10°C são exibidos como números inteiros com um sinal de menos (Fig. 2, a). Na faixa de -9,9 ... -0,1 ° С, a temperatura é exibida com décimos de grau e um sinal de menos (Fig. 2,6). Valores positivos na faixa 0...+99,9°С são exibidos sem um sinal com décimos de grau (Fig. 2, c).

Arroz. 2. Exibição de temperatura

O termômetro é montado em uma placa tecnológica de fibra de vidro com furos metalizados dispostos ao longo de uma grade com passo de 2,5 mm (Fig. 3). Um painel é instalado na placa para o microcontrolador. Os capacitores C1-C3 são cerâmicos. A instalação foi realizada na instalação reversa das peças na lateral da placa com o fio MGTF. O sensor de temperatura VK1 pode ser feito remotamente conectando-o à placa com um triplo de fios trançados com comprimento máximo de 5 m.

Arroz. 3. O termômetro é montado em uma placa tecnológica de fibra de vidro com furos metalizados

A corrente consumida pelo termômetro, dependendo do valor de temperatura exibido nos indicadores, varia de 50 a 110 mA. Ao usar o microcontrolador indicado no diagrama, o termômetro pode ser alimentado por qualquer fonte de tensão constante 4,5 ... 5,5 V. Quando alimentado por bateria, é aconselhável substituir o microcontrolador por

ATmega8515L-8PU, que opera com uma tensão de alimentação de 2,7 ... 5,5 V, que praticamente coincide com a tensão de alimentação permitida do sensor DS18S20 (3 ... 5,5 V).

O programa do microcontrolador pode ser baixado em ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/05/mega8515.zip.

Literatura

1. Termômetro digital de 1 fio de alta precisão - URL: robotstorehk. com/sensors/doc/DS18S20.pdf.
2. Samokhin I. Termômetro digital com função de controle de termostato. - Rádio, 2007, n.º 7, p. 35, 36.

Autores: E. Lukyanenko, N. Nikitina, A. Starykh

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