54

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Do czego służy licznik rowerowy chyba każ-
dy wie. Ja jednak proponuję, aby licznik ro-
werowy wyposażyć w interfejs... pomiaru
temperatury. Licznik posiada wszelkie cechy
i funkcje pozwalające na pomiar nie tylko
temperatury (prędkości) aktualnej, ale i war-
tości maksymalnej oraz średniej. Pomiar
wartości maksymalnej i jej zapamiętanie jest
o tyle interesujący, że potem bezbłędnie mo-
żemy odtworzyć „jaki był u nas upał...”. Od
razu wyczuwa się brak pomiaru drugiej war-
tości, tj. minimalnej. Z natury rzeczy kompu-
terek rowerowy nie posiada takiej funkcji (bo
i po co?). W tym momencie, my – elektroni-
cy, mamy pole do popisu. Nasz interfejs po-
winien naprawić ten brak.

Jak to działa?

Schemat ideowy przedstawiony został na ry-
sunku 1. Jak widać, czujnikiem temperatury
jest dobrze znany i niedrogi układ LM35. Za-
pewnia on liniowe przetwarzanie temperatury
na napięcie ze współczynnikiem 10mV/

o

C,

a zakres pracy układu jest szerszy niż spodzie-
wane temperatury na dworze. Układ LM35
musi korzystać z ujemnego napięcia zasilania,
aby ponownie mierzyć temperatury poniżej
0

o

C. Problem ten rozwiązuje przeniesienie ma-

sy LM35 na poziom napięcia referencyjnego.
Od tej pory układ LM35 widzi rzeczywistą ma-
sę jako napięcie -1,25V, bo tyle wynosi napię-
cie referencyjne z układu LM385-1,2. Dalej na-
pięcie z wyjścia czujnika temperatury trafia na
komparator temperatury bliskiej zeru i na wyj-
ście wzmacniacza o zmiennym wzmocnieniu.
Dosyć dziwnie wygląda ten twór, był jednak
konieczny. Jeżeli interfejs do pomiaru tempera-
tury ma być na tyle uniwersalny, aby mógł
przez cały rok mierzyć temperaturę na ze-
wnątrz, musi poprawnie interpretować tempe-
ratury ujemne. Problem z pozoru banalny przy-
sparza problemów, gdyż w przeciwieństwie do
temperatury nie istnieją ujemne prędkości. Co
prawda można poruszać się w tył, ale wtedy
mamy raczej do czynienia ze zmianą kierunku.

Problem udało się rozwiązać w ten spo-

sób, że przy stopniowym spadku temperatury

wskazania także liniowo maleją, a w momen-
cie przejścia przez zero i dalszego obniżania
się temperatury wskazania wzrastają, tak jak
wzrasta bezwzględna różnica między aktual-
ną temperaturą a zerem. Dodatkowo spadek
temperatury poniżej zera sygnalizowany jest
zapaleniem się diody D1. Za detekcję zerowej
temperatury odpowiedzialny jest komparator
zbudowany na pierwszym wzmacniaczu ope-
racyjnym układu LM358 (U3A). Jest on włą-
czony jakby „na odwrót” wejściem „+” do na-
pięcia referencyjnego, wszystko po to, aby
ułatwić budowę dalszych torów. Komparator
ten posiada histerezę wyznaczaną przez rezy-
story R3 i R4. Przy R3=2,7k

Ω i R4=1MΩ hi-

stereza ta wynosi około 2

o

C. Brak histerezy

byłby silnie zauważalny przy temperaturze
około 0

o

C. Jej wartość można zmieniać, do-

bierając stosunek R3 do R3+R4. Najprościej
można przyjąć, że
R4/R3 = ~9V/10mV x t

∆ , gdzie t∆ to żądana

histereza. Na szerokość histerezy ma wpływ

Rys. 1 Schemat ideowy

M

M

a

a

ł

ł

a

a

s

s

t

t

a

a

c

c

j

j

a

a

t

t

e

e

m

m

p

p

e

e

r

r

a

a

t

t

u

u

r

r

o

o

w

w

a

a

N

N

i

i

e

e

t

t

y

y

p

p

o

o

w

w

e

e

w

w

y

y

k

k

o

o

r

r

z

z

y

y

s

s

t

t

a

a

n

n

i

i

e

e

l

l

i

i

c

c

z

z

n

n

i

i

k

k

a

a

r

r

o

o

w

w

e

e

r

r

o

o

w

w

e

e

g

g

o

o

napięcie zasilania, dlatego przy innym na-
pięciu niż 9V może być konieczne dobranie
elementów.

Opisywany komparator steruje dwoma

elementami: poprzez rezystor R5 diodą LED
sygnalizującą ujemne wskazania i tranzysto-
rem T1 zmieniającym znak wzmocnienia
drugiego wzmacniacza z LM358. W sytuacji,
gdy tranzystor T1 jest zatkany, cały sygnał
z wyjścia U3A trafia na wejście nieodwraca-
jące U3B i w konsekwencji powiela się na
wyjściu ze współczynnikiem wzmocnienia 1.

W momencie, gdy mamy do czynienia

z ujemnymi temperaturami, tranzystor T1
zwiera wejście nieodwracające U3B do na-
pięcia odwracającego o wzmocnieniu -1. In-
aczej mówiąc, na wyjściu generuje napięcie
o tyle wyższe od referencyjnego, o ile jest
niższe na rezystorze R8. Wzmacniacz po
prostu stara się zrównać napięcia na swoich
wejściach.

Z wyjścia U3B sygnał trafia poprzez filtr

dolnoprzepustowy (R10, C2) na wejście ge-
neratora sterowanego napięciem. W roli tej
pracuje układ LM331. Generator ten pracuje
w standardowej konfiguracji. Jedyną zmianą
w stosunku do zalecanej przez producenta
konfiguracji jest 10-krotne zwiększenie C4.
Kondensator ten wraz z rezystorem R15 od-
powiada za stałą czasową wewnętrznego
przerzutnika. Zwiększenie C4 z 10nF do
100nF obniżyło współczynnik przetwarzania
generatora VCO z 1kHz/V do 100Hz/V.
W podstawowym (uruchomieniowym) urzą-
dzeniu nie jest konieczne montowanie rezy-
storów R12 i P1. Zaleca się jednak zamonto-
wać te elementy w ostatecznej wersji ze
względu na niski poziom przetwarzanych sy-
gnałów i w związku z tym zauważalny wpływ
napięć niezrównoważenia układu LM331.

Rezystor R16 podciąga do plusa wyjście

generatora. Z tego punktu można już pobrać
sygnał dla dalszych torów. Jest to wyjście
oznaczone jako WY1. Niestety w wielu przy-
padkach nie można tutaj bezpośrednio podłą-
czyć komputerka rowerowego. Powód jest
prosty. Urządzenie na WY1 posiada współ-
czynnik przetwarzania równy 1Hz/

o

C. Aby

usunąć tę niedogodność, urządzenie zostało
wyposażone w dodatkowy dzielnik częstotli-
wości. Podział przez 10 dokonuje się w licz-
niku dziesiętnym U5 4017. Licznik ten pra-
cuje w pełnym cyklu, nic nie stoi jednak na
przeszkodzie, aby skrócić ten cykl, gdy zaj-
dzie taka konieczność.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce drukowa-
nej pokazanej na rysunku 2. Montaż urzą-
dzenia jest klasyczny. Rozpoczynamy od
zwor i podstawek pod układy, a kończąc na
największych elementach. Do zasilania ukła-
du przewidziano złącze śrubowe, do którego
należy przyłączyć baterię 9V lub zasilacz sta-
bilizowany. W zależności od przeznaczenia

czujnik temperatury lutujemy w płytkę lub
wyprowadzamy na przewodach.

Po załączeniu zasilania należy w pierw-

szej kolejności sprawdzić wartość napięcia
referencyjnego. Napięcie na środkowym wy-
prowadzeniu U2 powinno mieć 1,25V. Na-
stępnie sprawdzamy napięcie na środkowym
wyprowadzeniu U1. To napięcie powinno
być wyższe od referencyjnego o 0,2...0,3V.
Wszystko zależy od temperatury czujnika.
Fakt przebywania w dodatniej temperaturze
będzie sygnalizowany zgaszoną diodą D1.
Gdy poprzednie etapy poszły gładko należy
sprawdzić napięcie na wyprowadzeniu 7 U4.
Powinno być ono takie samo jak na środko-
wym wyprowadzeniu LM35.

Ostatnią czynnością jest kalibracja VCO.

Najpierw należy ustabilizować temperaturę
czujnika na poziomie powiedzmy 30-40

o

C,

a następnie potencjometrem P2 uzyskać
współczynnik konwersji 1Hz/ 1

o

C (na WY1).

W ostatniej fazie wylutowujemy LM35 i R1,
i zwieramy puste wyjście (pin 2) z napięciem
referencyjnym (pin 3) po układzie U1. Poten-
cjometrem P1 staramy się uzyskać 0Hz na
wyjściu. W ten sposób kalibrujemy zero na-
szego urządzenia. Po ponownym wlutowaniu
U1 może okazać się koniecznym skorygowa-
nie wskazań przy pomocy P2.

Podłączenie urządzenia

Docelowymi punktami podłączenia kompu-
terka rowerowego jest WY2. Aby komputerek
wskazywał poprawnie, należy wpisać mu wła-
ściwy promień koła. Jak to obliczyć? Przyj-
mijmy, że po podziale na 4017 współczynnik
przetwarzania wynosi 0,1Hz/

o

C. Tak więc dla

10

o

C mamy 1Hz. 10km/h to około 2,78m/s.

Urządzenie wyśle 1 impuls w ciągu sekundy
(ponieważ 10

o

C to 1Hz), czyli tak jakby koło

obróciło się jeden raz w ciągu sekundy.
Obróciło się jeden raz, ale przejechało odle-
głość 2,78m, stąd po podstawieniu do wzoru
L=2r – r wyniesie 44cm. Idąc tym tokiem ro-
zumowania, można obliczyć inne promienie
kół przy innym współczynniku przetwarzania.

Można jednak inaczej – wpisać promień

np. 30cm i tak korygować współczynnik
VCO potencjometrem P2, aby wskazania by-
ły prawidłowe. Przy tej drugiej okazji wska-
zana będzie wymiana R11 na zworę, a war-
tość P2 na np. 22k

Ω, a po ustawieniu powrót

do rezystora stałego i potencjometru o nie-
wielkiej wartości.

Michał Stach

55

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 2 Schemat montażowy

Wykaz elementów
Rezystory
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27kΩ
R2,R8-R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,1kΩ
R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2kΩ
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩ
R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150kΩ
R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ
R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47Ω
R14,R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6,8kΩ
P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ helitrim
P2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7kΩ PR

Kondensatory
C1,C2,C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µF
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µF/16V

Półprzewodniki
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC547
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM35
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM385
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM358
U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM331
U5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CD4017