Цифровой термометр на газоразрядных лампах у газоразрядных индикаторов есть свой собственный особый шарм. Этот цифровой термометр, который использует только два газоразрядных индикатора выглядит весьма привлекательно. Так-же статья опубликована на моем канале в дзен.
Само измерение температуры выполняется однопроводным датчиком DS1820, а микроконтроллер AT89C2051 обрабатывает информацию о температуре и управляет газоразрядными индикаторами. Особое внимание было уделено при разработке этой схемы цифровой термометр на газоразрядных лампах, чтобы сделать конструкцию максимально простой. Небольшое количество компонентов, нет SMD и не нужно вносить никаких изменений. Схема цифровой термометр на газоразрядных лампах показана на рисунке и устроена следующим образом.
Внешний источник питания обеспечивает напряжение от 12В до 15В постоянного тока в цепи. Из этого напряжения IC6 генерирует рабочее напряжение 5В для микроконтроллера IC1 и драйверов газоразрядных индикаторов IC2 и IC3. Источник высокого напряжения, необходимый для газоразрядных индикаторов, генерируется с использованием повышающего преобразователя, основанного на IC5. Используемая микросхема MC34063 — это проверенный ШИМ-контроллер, который легко найти, недорогой и доступен в продаже. Внешний МОП-транзистор с переключающим транзистором T1, дроссель L1 и диод Шоттки D6 генерируют и сглаживают высоковольтное напряжение. Выходное напряжение регулятора задается значениями, приведенными на принципиальной схеме, имеем V 0 = 1,25 В × 820 К / 5,6 К = 183 В.
Это относительно высокое напряжение имеет то преимущество, что дисплей будет ярким. В прототипе использовалось значение 680 кОм для R9 в интересах уменьшения рассеиваемой мощности в этом случае напряжение на С4 составляет около 152В. Используя значения от 680 кОм до 820 кОм для R9, вы можете регулировать напряжение и, следовательно, яркость свечения газоразрядных индикаторов. R4 и R5 подают высокое напряжение на аноды индикаторов IN-16, обеспечивая рабочее напряжение около 143В (при 180В на С4) и ток анода около 1,72 мА. Это подходящая рабочая точка для газоразрядных индикаторов. Кроме того, микросхему драйвера индикаторов типа K155ID1 можно заменить на 74141, которую сейчас затруднительно найти. В целях максимизации яркости было решено не мультиплексировать дисплеи.
Миниатюрный совместимый микроконтроллер поддерживает все программное обеспечение, необходимое для считывания значений температуры и преобразования их в формат BCD для вывода в 2 КБ памяти программы. Синхронизация 12МГц производится с использованием X1, который является резонатором со встроенными нагрузочными конденсаторами. RC-сеть, включающая R6 и C1, обеспечивает функцию сброса при включении питания, а IC4 (Maxim-Dallas DS1820) является самим датчиком температуры. Устройство поставляется с заводской калибровкой и последовательно передает показания температуры по однопроводной шине на вывод P1.3 микроконтроллера. Если перемычка JP1 (на P3.4) установлена, температура отображается в градусах по Фаренгейту.
Светодиоды D1-D4 и их последовательные резисторы R2, R3 и R7 являются опциональными и могут быть удалены при желании. D1 и D2 показывают температурный тренд, в то время как D3 и D4 обеспечивают небольшой дополнительный эффект подсветки ламп. D1 и D2 указывают, становится ли теплее или холоднее. Красный светодиод D2 горит, когда температура повышается, а синий светодиод D1 горит, когда температура падает. Если температура стабильна от одного показания к следующему, ни один из светодиодов не горит. Показания температуры снимаются чаще, чем раз в секунду, поэтому может случиться так, что дисплей будет довольно быстро переключаться между двумя значениями. Чтобы сделать дисплей менее отвлекающим, можно было бы усреднить показания за более длительный период: читатели могут экспериментировать в этом направлении, поскольку есть несколько байт памяти программы, которые можно сэкономить, а закомментированный исходный код. Светодиоды D3 и D4 освещают газоразрядные лампы снизу, по одному светодиоду для каждой лампы. В подходящих точках на печатной плате предусмотрены отверстия для прохождения света, а светодиоды, припаянные к нижней стороне платы, направлены вверх. Яркость светодиодов можно отрегулировать, изменив значение R7, и, конечно, вы можете выбрать размер и цвет светодиодов по своему желанию.
Программное обеспечение, работающее в микроконтроллере, было написано с использованием компилятора BASCOM 8051 от MCS Electronics, который включает команды для поддержки интерфейса однопроводной шины. После инициализации всех переменных и датчика программное обеспечение работает в бесконечном цикле, получая новые показания температуры примерно каждые 750мс. При необходимости значение преобразуется в градусы Фаренгейта, дробная часть отбрасывается, а результат преобразуется в десятки и единицы измерения в формате BCD для передачи драйверам газоразрядных индикаторов.
Показание также сохраняется и используется в следующей итерации цикла при управления индикаторами D1 и D2. Несмотря на простоту структуры программного обеспечения, оказалось сложнее, чем ожидалось, правильно рассчитать время обмена данными с датчиком DS1820. Шина должна быть сброшена между запросами, и не должен произойти сбой запросом во время измерения. Иногда неверный запрос может привести к тому, что микросхема перейдет в состояние, когда она вообще перестает отвечать и должна быть сброшена. Если температура станет отрицательной, на дисплее просто отобразится «00» (минимальное значение), а температуры выше 100 ° C будут отображены как «99» (максимальное значение). Дисплей также мигает «99», если датчик температуры не подключен или неисправен.
Все компоненты, кроме газоразрядных индикаторов, устанавливаются на печатную плату (рисунок).
Сначала просто припаяйте разъемы для IC1, IC2 и IC3. Перед подачей питания тщательно проверьте полярность электролитических конденсаторов и, в частности, С4! Теперь подключите сетевой адаптер и убедитесь, что на C4 появляется напряжение приблизительно 180 В (если R9 составляет 820 кОм). Будьте осторожны с высоким напряжением и не прикасайтесь к печатной плате при подаче питания. Наконец, убедитесь, что лампы индикаторов находится в вертикальном положении и припаяйте соединения. Теперь установите микросхемы драйвера индикаторов и запрограммированный микроконтроллер в их гнезда. При повторном включении питания температура должна отображаться на дисплеях.
Прототип был смонтирован в прозрачной акриловой трубе диаметром 80 мм, отрезанной длинной 75 мм. Важно разрезать трубу точно перпендикулярно ее оси, так как любая неровность на торцах будет выглядеть неприглядно, хотя относительно легко обрабатывать акрил вручную, используя файл или наждачную бумагу. Отрезная пила — лучший способ разрезать трубу, но при необходимости это можно сделать вручную, например, используя ножовку по металлу с мелкими зубьями. Боковые стойки были сделаны из цельных деревянных колес из дерева, купленных в магазине «Сделай сам» диаметром 100 мм.
В трубе было сделано два отверстия одно для гнезда датчика температуры, а другое для гнезда питания. Каждые боковые щеки были просверлены на два винта М3 точно на нужной высоте для крепежного кронштейна, в котором должна быть нарезана резьба как минимум, с одной стороны. Затем разъемы были подключены к соответствующим точкам на печатной плате для датчика и источника питания, и плату устанавливаем в трубу. Боковые щечки были привинчены к внутренним кронштейнам снаружи с помощью винтов M3. Плата теперь подвешена между двумя боковыми щеками, которые в свою очередь прикреплены к акриловой трубе. При небольшом повороте сборки все можно расположить так, чтобы плата была наклонена вверх, чтобы было легче видеть газоразрядные индикаторы сверху вниз. Из-за тепла, выделяемыми лампами и регулятором напряжения, нецелесообразно устанавливать датчик температуры на плате или внутри корпуса. Чтобы измерить температуру окружающей среды, поместите датчик подальше от устройства на конце кабеля. Конечно, термометр можно использовать и для других целей, например, для измерения температуры внутри другого устройства (возможно, у вас есть ламповый усилитель рядом с ним?).
Схема питается достаточно высоким напряжением, поэтому важно использовать изолирующий корпус без открытых металлических частей. Также следует использовать нейлоновые винты и изолирующие разъемы, или, в качестве альтернативы, сетевой адаптер и датчик температуры могут быть постоянно подключены с помощью хорошо изолированных проводов с подходящим предохранителем натяжения. Соединения с DS1820 также должны быть изолированы, или весь узел датчика может быть заключен в термоусадочную трубку. Наградой за все эти усилия является удовольствие видеть теплые оранжевые, иногда мерцающие цифры, освещающие вашу гостиную!