PROJEKTY
Termometr cyfrowy
System pomiaru temperatury
z termoparÄ… typu K
Zwykle publikowane przez nas Zanim przejdzie-
my dalej, umówmy
projekty termometrów budowane
się, że przynajmniej
były z zastosowaniem czujników
na czas tych kilku
półprzewodnikowych i mierzyły
stron lektury i może
temperaturę do najwyżej
jeszcze uruchamiania
200°C. Tym razem zastosujemy
układu, temperatu-
termoparę, dzięki której będzie
rę będziemy wyrażać
możliwy pomiar nawet do w stopniach Celsjusza
[°C], natomiast różni-
1000°C!
cÄ™ temperatur czy to-
Rekomendacje: urzÄ…dzenie
lerancjÄ™ w Kelwinach
przyda się wszędzie tam, gdzie
[K]. Podziałką każdego
zachodzi potrzeba pomiaru
termometru jest 1 K,
wysokich temperatur.
ponieważ 1 Kelwin
jest podstawowÄ… jed-
nostkÄ… temperatury
w układzie SI! Dużym
błędem jest podawanie
temperatury w stop-
niach Celsjusza [°C]
i w ten sam sposób
określanie tolerancji!
Zapamiętajmy raz na
zawsze, że temperatu-
rÄ™ i jej tolerancjÄ™ okre-
Dodatkowe
Å›la siÄ™ jako 10°C Ä…1K,
materiały na CD
a nigdy 10°C Ä…1°C. Oczywistym jest, że Pani 10°C wiÄ™cej, jednakże my dzisiaj powinni-
w  pogodynce może pozwolić sobie na wy- śmy powiedzieć  10 K więcej!
rażenie:  dzisiaj temperatura na dworze wy- Na łamach Elektroniki Praktycznej, nie-
nosiÅ‚a 5°C, a jutro możemy spodziewać siÄ™ jednokrotnie publikowane byÅ‚y projekty
będące termometrami 1- czy 2-kanałowymi,
W ofercie AVT: termoregulatorami czy termostatami. Domi-
AVT 5205A  płytka drukowana
nowały w nich  bardzo dobre zresztą  czuj-
AVT 5205B  płytka drukowana + elementy
AVT 5205
niki cyfrowe serii DS1820 czy analogowe ta-
kie jak np. LM35. Była nawet dioda 1N4148
PODSTAWOWE PARAMETRY
w połączeniu ze wzmacniaczem operacyj-
" PÅ‚ytka drukowana o wymiarach 158×95 mm
nym i przetwornikiem ICL7107. Pamiętam,
" Zasilanie 12 VAC lub DC
" Pomiar temperatury do 1273 K (1000°C)
że gdzieś przewinął się również projekt zbu-
" Współpracuje z komputerem PC
dowany z wykorzystaniem Pt100. NiewÄ…tpli-
" Sterowanie przez mikrokontroler ATmega644
" Wbudowany zegar czasu rzeczywistego
wą zaletą tych czujników jest wystarczająca
" Archiwizacja wyników pomiarów na karcie SD
" Aplikacja dla PC umożliwia: ustawienie progów alarmowych, powiadamianie przez e-mail, nastawę parametrów w wielu przypadkach rozdzielczość i zakres
termometru, graficzną prezentację wyników pomiarów
pomiarowy. Wspomnieć należy również
o ich niskiej cenie. Niestety, stajÄ… siÄ™ one
PROJEKTY POKREWNE wymienione artykuły są w całości dostępne na CD bezużyteczne w momencie, gdy zachodzi
Tytuł artykułu Nr EP/EdW Kit
potrzeba pomiaru temperatury przekracza-
Termometr z termoparami J albo K EP2/2006 AVT-918
jÄ…cej 200°C. OczywiÅ›cie problem dotyczy
Termometr USB EP 11/2007 AVT-5117
czujników o wymienionych symbolach, bo
PC  Termometr  termometr internetowy EdW 5/2006 AVT-2787
przyjmuje się, że czujniki półprzewodniko-
Termometr MIN-MAX EP 11/2001 AVT-5041
we są zdolne do pomiaru temperatur sięga-
2-kanałowy termometr z dwukolorowym wyświetlaczem LED EP 8/2007 AVT-5108
jÄ…cych nawet 500°C, natomiast rezystancyj-
Komputerowy termometr z interfejsem RS232 EP 12/2003 AVT-558
ne nawet do 1000°C. SÄ… to jednak czujniki
36 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009
System pomiaru temperatury z termoparÄ… typu K
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1...R3: 2,2 kV
R4...R6: 3,3 kV
R7: 1 kV
R8, R9: 4,7 kV
R10: 270 V
R11: 240 V
PR1: 10 kV
PR2: 4,7 kV
Kondensatory
C1, C2: 33 pF
C15: 27 pF
C21: 100 pF
C3, C8, C9, C11, C12, C16, C20: 100 nF
C4...C7, C10, C13, C14: 10 mF
C17, C19: 100 mF
C18: 1000 mF
Półprzewodniki
D1: 1N4007
D2: 1N5822
T1, T2: BS170
LED1, LED2: Led 5 mm
U1: ATmega644
Rys. 1. Termopara typu  K  skład procentowy 85% Ni i 12% Cr. Do zalet należy
U2: MAX6675
zaliczyć odporność na atmosferę utleniającą, natomiast elektroda NiAl ulega
U3: DS1813-10
szybszemu zużyciu niż elektroda NiCr. W wyższych temperaturach jest wrażliwa na
U4: MAX232
związki siarki. Najczęściej stosowana do 1273 K
U5: PCF8583P
U6: LM2576-5V
specjalistyczne i bardzo drogie, dlatego też Jedno ze złącz umieszcza się w miejscu po- U7: LM317
zdecydowałem się na zastosowanie termopa- miaru natomiast drugie w stałej temperatu- Inne
Q1: 110592 MHz
ry, dla której szacowany zakres pomiarowy rze odniesienia. Pod wpływem różnicy tem-
Q2: 32768 Hz
siÄ™ga grubo powyżej 2000°C. peratury miÄ™dzy miejscami zÅ‚Ä…czy powstaje
Przekaz
nik z cewkÄ… na 5 VDC np.
różnica potencjałów, czyli tak zwana siła ter-
HFD2/005-S(555)
Trochę teorii  czym jest moelektryczna, której wartość zależy od róż-
WyÅ›wietlacz LCD 16×2
termopara nicy temperatur. Jako, że jej przeznaczeniem
Z1: ZÅ‚Ä…cze Goldpin 16×1
Termopara czy inaczej termoogniwo, jest pomiar stosunkowo dużych temperatur, Z2: Złącze karty SD
PC: Gniazdo DSUB-9 do druku, żeńskie
termoelement albo ogniwo termoelektrycz- termopara musi charakteryzować się wysoką
L1: 100 mH (opcjonalnie)
ne, to po prostu czujnik temperatury, wyko- temperaturą topnienia i dużą odpornością na
rzystujący bezpośrednio zjawisko Seebecka. czynniki zewnętrzne. Chcąc na szybko wy-
Budowa termopary opiera się na połączeniu mienić jej zalety, należy wspomnieć o małej Budowę termopary typu  K przedstawiono
dwóch różnych metali  zwykle w postaci bezwładności czasowej, prostocie budowy na rys. 1.
przewodów, spojonych na dwóch końcach. czy braku zewnętrznego z
ródła zasilania. Rozpatrując termoelement jako czujnik
analogowy, nie można pominąć dosyć istot-
Tab. 1. Konfiguracja zapisu na karcie SD
nej kwestii zwiÄ…zanej z samym pomiarem.
Odstęp Zezwolenie na
Zakładając, że pomiar dotyczył będzie sto-
Prefiks Rozkaz Rozkaz Rozkaz Sufiks
czasowy zapis karty SD
sunkowo wysokich temperatur, trudno wy-
Chr(2) CA 5...255 B 1  tak, 0  nie C Chr(3)
obrazić sobie sytuację, w której przyrząd
pomiarowy znajdował się będzie w pobli-
Tab. 2. Czyszczenie karty SD
żu miejsca pomiaru. Wysoka temperatura
Prefiks Rozkaz Sufiks
niesie ze sobą konieczność przedłużenia
Chr(2) KKill Chr(3)
końcówek termopary tzw. przewodami
kompensacyjnymi. IstotnÄ… sprawÄ… jest to,
Tab. 3. Pobranie danych zapisanych na karcie SD
Prefiks Rozkaz Sufiks
R E K L A M A
Chr(2) DData Chr(3)
Tab. 4. Ustawienie zegara RTC termometru
Prefiks Rozkaz Czas Sufiks
Czas w formacie
Chr(2) T Chr(3)
YYYY-MM-DD HH:MM:SS
Tab. 5. Ustawienie tolerancji górnej i dolnej
Górna Dolna Zezwolenie na zadziałanie
Prefiks Rozkaz Rozkaz Rozkaz Rozkaz Sufiks
temp. temp przekaz
nika
Chr(2) RA 1...1023 B 1...1023 C 1  tak, 0  nie D Chr(3)
Górna temp.  wartość temperatury po osiągnięciu której zostanie wyłączony przekaz
nik
Dolna temp.  wartość temperatury po osiągnięciu której zostanie włączony przekaz
nik
Zezwolenie na zadziałanie przekaz
nika  informuje sterownik o kontroli górnej i dolnej granicy
temperatur.
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009 37
Na CD karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów
oznaczonych na Wykazie Elementów kolorem czerwonym
PROJEKTY
Rys. 2. Schemat ideowy termometru
aby przewody miały charakterystykę termo- stwa Mariusza R. Rząsy i Bolesława Kiczma dosyć długa. Początkowo miał to być zwykły
metrycznÄ… identycznÄ… jak charakterystyka  Elektryczne i elektroniczne czujniki tem- termometr wykorzystujÄ…cy w swojej pracy
termoelementu oraz umożliwiały przedłu- peratury . czujnik termopary. Chwilowym problemem
żenie termoelementu do miejsca, w któ- był dobór metody kompensacji zimnych
rym można utrzymywać stałą temperaturę Budowa końców. Z pomocą przyszedł specjalizowa-
zwaną temperaturą odniesienia. Więcej Schemat ideowy termometru umiesz- ny układ firmy MAXIM posiadający interfejs
szczegółów znalez
ć można w książce autor- czono na rys. 2. Geneza jego powstania jest SPI, który sam w sobie rozwiązywał ten pro-
38 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009
System pomiaru temperatury z termoparÄ… typu K
w obsłudze PCF8583P, który zapewnia aktu-
alny czas do rejestracji pomiarów.
W zakres pracy termometru wchodzÄ…:
 pomiar temperatury wykorzystujÄ…c czuj-
nik termopary typu-K oraz wizualizacjÄ™
wyniku na wyÅ›wietlaczu LCD 16×2,
 sterowanie przekaz
nikiem w zależności
o nastaw górnej i dolnej granicy tempe-
ratury; zezwolenie na sterowanie prze-
kaz
nikiem również jest definiowane,
 archiwizacja danych na karcie SD
Rys. 3. Ekran aplikacji K-Thermocouple w ustalonych odstępach czasu wraz
z godziną pomiaru dzięki zastosowaniu
zegara znajdującego się na płycie termo-
metru,
 transmisja pomiarów poprzez interfejs
RS232C z konfigurowaną prędkością
baudrate.
Dodatkowo, dołączona do termometru
opcjonalna aplikacja umożliwia:
 wizualizację wskazań,
 archiwizację pomiarów wraz z konfigu-
racją odstępu czasu 0...255s z jakim ar-
chiwizowane będą dane, ich póz
niejszy
odczyt,
 tworzenie wykresu na podstawie zareje-
strowanych danych,
 konfigurację nastaw górnej i dolnej granicy
temperatury dla zadziałania przekaz
nika,
 wysyłanie e-mail z powiadomieniem
o przekroczeniu dolnej i górnej granicy
temperatury,
 konfigurację prędkości baudrate termo-
metru,
 zaprogramowanie zegara termometru.
Aplikacja jest opcjonalna, dlatego moż-
liwa jest parametryzacja termometru przy
użyciu dowolnego innego narzędzia. Forma-
ty ramek poleceń pokazano w tab. 1...5.
Termometr napędza mikrokontro-
ler AVR ATmega644, taktowany kwarcem
110592 MHz. Strażnikiem linii Reset jest
i tym razem DS1813-10. Całość zasilana jest
napięciem 5 V, które zapewnia zasilacz impul-
sowy zbudowany na LM2576-5V. Jedynie kar-
ta SD wymaga zasilania 3V3 i napięcie to za-
pewnia stabilizator LM317. W całym układzie
wyróżnić jeszcze można układ dopasowania
poziomu sygnału dla interfejsu RS232C z nie-
śmiertelnym MAX232, zegar pracujący na
magistrali I2C i popularnym PCF8583P, oraz
przetwornik sygnału termopary z kompensa-
cją zimnych końców na interfejs SPI.
Rys. 4. Schemat montażowy termometru
Montaż i uruchomienie
blem. Po otrzymaniu poprawnego pomiaru, su. Przykładową aplikację umieszczono na Schemat montażowy przedstawiono na
elektronika wzbogacona została o przekaz
- płycie CD. Jej ekran przedstawiono na rys. 3. rys. 4. Montaż układu nie powinien przy-
nik i możliwość nastawy górnej oraz dolnej Dużym atutem programu są powiado- sporzyć żadnych trudności. Należy jednak
granicy temperatury umożliwiając ustalenie mienia e-mail o przekroczeniu ustawionych pamiętać, aby przed włożeniem karty SD,
kryteriów sterowania przekaz
nikiem. Po wartości temperatur. W końcowym etapie potencjometrem PR2 ustawić napięcie 3,3 V
zapewnieniu komunikacji z komputerem przewidziałem opcję pracy termometru jako wymagane do poprawnej pracy karty oraz
poprzez interfejs RS232C, naturalną konse- samodzielne urządzenie mogące rejestro- wcześniej zaprogramować mikrokontroler.
kwencją było napisanie programu dla kom- wać dane w ustalonych odstępach czasu. Rafał Chromik
putera PC, który umożliwiałby archiwizację Dołożona została karta SD oraz zegar sys- [e-mail]
danych, ich podglÄ…d oraz tworzenie wykre- temowy oparty na popularnym i prostym www.frigg-tronic.pl
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009 39