Czterokanałowy termometr cyfrowy
P R O J E K T Y
Czterokanałowy termometr
cyfrowy
kit AVT-460
Przy pomocy termometru
opisanego w artykule mołna
bez trudu zmierzyĘ
temperaturÍ w czterech
pomieszczeniach bez ruszania
siÍ z przytulnego pokoju.
DziÍki zastosowaniu cyfrowej
metody prezentacji wynikÛw
pomiarÛw wskazania sÄ…
jednoznaczne i dokładne.
Ze wszystkich pomiarÛw war- Wszystko to powoduje, Å‚e ter-
tości nieelektrycznych pomiar mometry elektroniczne są jednymi
temperatury jest dokonywany chy- z urzÄ…dzeÒ najczÍÅ›ciej budowa-
ba najczÍÅ›ciej. JednoczeÅ›nie, nych przez hobbystÛw.
w Å‚adnej chyba technice pomiaro- UkÅ‚ad, ktÛry mam nadziejÍ
wej cyfrowe zobrazowanie wyni- znajdzie uznanie CzytelnikÛw EP,
kÛw pomiarÛw nie ma tak duÅ‚ej jest elektronicznym termometrem
przewagi nad zobrazowaniem ana- cyfrowym, do ktÛrego moÅ‚emy
logowym. Odczytywanie zmierzo- dołączyĘ jednocześnie cztery czuj-
nej temperatury przez obserwacjÍ niki pomiarowe. Czujniki mogÄ…
sÅ‚upka rtÍci lub alkoholu w kla- byĘ przeÅ‚Ä…czane zarÛwno rÍcznie
sycznym termometrze analogowym - naciÅ›niÍciem przycisku, jak i au-
to prawdziwe utrapienie, ktÛre tomatycznie, kolejno jeden po
znajÄ… wszyscy ci, ktÛrzy kiedykol- drugim. Informacja o tym, ktÛry
wiek prÛbowali odczytaĘ w nocy z czujnikÛw jest aktualnie doÅ‚Ä…-
temperaturÍ na zaokiennym ter- czony do ukÅ‚adu pomiarowego
mometrze. Odczyt wskazaÒ termo- jest wyÅ›wietlana w polu odczy-
metru lekarskiego takłe do łat- towym na wyświetlaczu siedmio-
wych nie naleły, a ponadto za- segmentowym.
wsze moÅ‚e byĘ obarczony pew- Wielu konstruktorÛw z pewnÄ…
nym bÅ‚Ídem wynikajÄ…cym z para- obawÄ… myÅ›li o budowie termomet-
laksy. JeÅ‚eli dwie osoby obserwu- rÛw cyfrowych. ZniechÍca ich do
ją jeden termometr wskazujący niej kłopotliwa procedura kalibra-
np. 20OC, to jedna odczyta 19,5 cji przyrządu: koniecznośĘ umiesz-
a druga 20,5 stopnia. czania czujnika we wrzÄ…cej wo-
Tych wad nie posiadajÄ… dzie i topniejÄ…cym lodzie. Obli-
elektroniczne termometry czanie poprawki na aktualne ciÅ›-
z odczytem cyfrowym, a po- nienie powietrza podczas regula-
nadto mają kilka innych za- cji wskazania 100OC takłe do przy-
let. NaleÅ‚y do nich krÛtki jemnoÅ›ci nie naleÅ‚y, a ponadto
czas pomiaru, z zasady znacz- sam układ wzmacniacza pomiaro-
nie krÛtszy od pomiaru doko- wego jest najczÍÅ›ciej dośĘ rozbu-
nywanego za pomocÄ… termomet- dowany. Takie kÅ‚opoty wystÍpo-
rÛw cieczowych, a przy zastoso- waÅ‚y przy budowie termometrÛw
waniu nowoczesnych podzespo- wykorzystujÄ…cych jako czujniki
Å‚Ûw znacznie wiÍksza dokÅ‚adnośĘ diody krzemowe i naleÅ‚Ä… juÅ‚ dzi-
i powtarzalnośĘ wskazaÒ. siaj do przeszÅ‚oÅ›ci. W naszym
Elektronika Praktyczna 7/98
51
Czterokanałowy termometr cyfrowy
przyrzÄ…dzie wykorzystamy gotowy moÅ‚e rozszerzyĘ ten zakres do - peratury na uÅ‚ytek ìdomowyî,
i skalibrowany element pomiaro- 55..+150OC. DokładnośĘ pomiaru kiedy to jeden czujnik mołe byĘ
wy, ktÛry naleÅ‚y jedynie doÅ‚Ä…czyĘ jest dośĘ dobra, a w kaÅ‚dym razie umieszczony na zewnÄ…trz po-
do miliwoltomierza ustawionego zupełnie wystarczająca do zasto- mieszczenia, a pozostałe wewnątrz
na zakres 1,999V. Element ten, sowaÒ amatorskich i wynosi niego.
ktÛrym jest juÅ‚ znany naszym Ä…0,25OC w zakresie temperatur Kolejnym zastosowaniem moÅ‚e
Czytelnikom układ LM35C, po- zbliłonych do pokojowej. byĘ pomiar temperatury w na-
zwala na pomiar temperatury Zastosowanie przyrządu mołe szym laboratorium elektronicz-
w zakresie od -40 do +110OC. byĘ bardzo szerokie. Najprostszym nym. SkoÒczy siÍ ocena tempe-
Zastosowanie czujnika typu LM35 bÍdzie z pewnoÅ›ciÄ… pomiar tem- ratury radiatora przeprowadzona
na zasadzie ìmoÅ‚na go jeszcze
dotknąĘ palcem, czy juÅ‚ parzy?î.
MołliwośĘ szybkiego i dokład-
nego pomiaru temperatury ele-
mentÛw konstruowanego urzÄ…dze-
nia i jego otoczenia mołe w zna-
czym stopniu polepszyĘ jego pa-
rametry i pozwoliĘ na optymalne
dobranie elementÛw chÅ‚odzÄ…cych
podzespoły elektroniczne.
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
Elektronika Praktyczna 7/98
52
Czterokanałowy termometr cyfrowy
Jako ürÛdÅ‚o napiÍcia ujemnego przeÅ‚Ä…cznik S2. W stanie tego
potrzebnego do poprawnego fun- przełącznika takim jak na sche-
kcjonowania ICL7107 zastosowano macie, sygnał pobierany jest
scalonÄ… przetwornicÍ napiÍcia +5/ z wyjÅ›cia generatora stabilnego
-5V - ICL7660, układ takłe wy- zbudowanego na bramce Schmit-
produkowany przez firmÍ HAR- ta IC7A. CzÍstotliwośĘ pracy tego
RIS. ICL7660 jest prawdziwym generatora określona jest rezys-
skarbem dla konstruktora, ponie- tancją R12 oraz pojemnością C13
wał potrzebuje do prawidłowego i mołe byĘ zmieniana w szero-
dziaÅ‚ania tylko jednego kondensa- kich granicach przez dobÛr war-
tora, w naszym ukÅ‚adzie jest to toÅ›ci tych elementÛw. Z wartoÅ›-
C8. Ujemne wzglÍdem masy ukÅ‚a- ciami takimi jak na schemacie
du napiÍcie okaÅ‚e siÍ jeszcze wynosi ona ok. 0,5Hz, co wydaje
potrzebne do dodatkowego spola- siÍ byĘ wartoÅ›ciÄ… zupeÅ‚nie wy-
ryzowania wejścia układu pomia- starczającą do odczytywania ko-
rowego. lejnych wynikÛw pomiarÛw.
Rys. 2. Sposób przesunięcia "zera"
W podstawowej konfiguracji, W pozycji przełącznika S2 prze-
skali.
z przyczyn oczywistych, LM35 na- ciwnej od pokazanej na schema-
NaleÅ‚y jeszcze postawiĘ sobie daje siÍ jedynie do pomiarÛw cie, przeÅ‚Ä…czanie kanaÅ‚Ûw pomia-
pytanie, czy nasz termometr moÅ‚- temperatury wiÍkszej od 0OC. Za- rowych moÅ‚e odbywaĘ siÍ rÍcz-
na wykorzystywaĘ do pomiaru stosowaliÅ›my wiÍc prosty chwyt, nie, przez naciÅ›niÍcie przycisku
temperatury ciała człowieka, czyli zalecany takłe przez producenta: S3. Układ z bramką IC7B, kon-
do celÛw medycznych. Odpowiedü dodatkowe spolaryzowanie wyjÅ›cia densatorem C14 oraz rezystorami
jest twierdzÄ…ca. PrzeprowadziÅ‚em ukÅ‚adu ujemnym napiÍciem za R13 i R14 sÅ‚uÅ‚y likwidowaniu
stosowne prÛby i po dodatkowej poÅ›rednictwem rezystora R5. Dla skutkÛw wielokrotnych odbiĘ sty-
kalibracji przyrzÄ…du uzyskaÅ‚em jasnoÅ›ci uproszczony schemat te- kÛw wÅ‚Ä…cznika S3.
w przedziale 36..42OC zgodnośĘ go fragmentu ukÅ‚adu pokazano na OmÛwienia wymaga jeszcze
wskazaÒ z termometrem lekar- rys. 2. przeÅ‚Ä…cznik S1. W pozycji takiej
skim. WaÅ‚nÄ… rolÍ w mierniku speÅ‚- jak na schemacie, wejÅ›cia zerujÄ…ce
Kolejnym atutem przemawiajÄ…- nia blok przeÅ‚Ä…czania kanaÅ‚Ûw przerzutnikÛw IC3A i IC3B sÄ…
cym za wykonaniem proponowa- pomiarowych. Zbudowany został trwale zwarte do masy i licznik
nego ukÅ‚adu jest jego niezwykÅ‚a z dwÛch przerzutnikÛw typu D - pracuje w trybie modulo 4, prze-
prostota, niska cena i Å‚atwa do- IC3A i IC3B pracujÄ…cych jako Å‚Ä…czajÄ…c wszystkie 4 kanaÅ‚y. CzÍs-
stÍpnośĘ zastosowanych do jego licznik dwubitowy, bramek de- to jednak taka liczba kanaÅ‚Ûw
budowy elementÛw. Wystarczy kodujÄ…cych stan tego licznika, pomiarowych moÅ‚e okazaĘ siÍ
chyba wspomnieĘ, Å‚e ìsercemî tranzystorÛw zasilajÄ…cych cewki zbyt duÅ‚a i wystarczÄ… nam tylko
ukÅ‚adu i najwaÅ‚niejszym elemen- przekaünikÛw i z czterech (lub dwa kanaÅ‚y. PrzeÅ‚Ä…czajÄ…c S1
tem jest, znany chyba nawet w wersji z dwoma czujnikami w przeciwnÄ… pozycjÍ, przestawia-
elektronicznym ìprzedszkolakomî, z jednego) miniaturowych prze- my licznik w tryb pracy modulo
popularny ukÅ‚ad ICL7107. kaünikÛw. Licznik steruje deko- 2, co spowoduje wybieranie tylko
derem kodu BCD na kod wy- dwÛch kanaÅ‚Ûw doÅ‚Ä…czonych do
Opis dziaÅ‚ania Å›wietlacza siedmiosegmentowego przekaünikÛw REL1 i REL2. Dioda
Schemat elektryczny termomet- IC5, zapewniając wyświetlanie LED D1 wskazuje swoim świece-
ru pokazany został na rys. 1. numeru aktualnie aktywnego ka- niem pomiar temperatury mniej-
Urządzenie mołemy podzieliĘ na nału pomiarowego (kanały 0..3). szej od 0OC.
nastÍpujÄ…ce bloki funkcjonalne: UkÅ‚ad z bramkami NAND zawar- PozostaÅ‚a czÍśĘ ukÅ‚adu to ty-
1.Blok wyświetlaczy i przełączni- tymi w strukturze układu IC4 powy zasilacz, zbudowany z wy-
kÛw sterujÄ…cych, ktÛry zbudo- dekodujÄ… stany logiczne z wyjśĘ korzystaniem popularnego scalo-
wany zostanie na osobnej płytce licznika IC3A i IC3B w taki spo- nego stabilizatora typu 7805.
drukowanej. sÛb, aby przy kaÅ‚dym kolejnym UkÅ‚ad moÅ‚e byĘ zasilany napiÍ-
2.Blok miliwoltomierza i ukÅ‚adÛw stanie licznika tylko
wspomagających. na jednym z wyjśĘ
3.Blok przeÅ‚Ä…cznika kanaÅ‚Ûw po- tych bramek byÅ‚ stan
miarowych i przekaünikÛw. niski (kod 1 z 4 z
Wyjaśnianie zasady działania negacją) wysterowują-
bloku miliwoltomierza byłoby chy- cy jeden z tranzysto-
ba obrazÄ… dla wiÍkszoÅ›ci Czytel- rÛw wÅ‚Ä…czajÄ…cych
nikÛw EP. ZasadÍ dziaÅ‚ania p r z e k a ü n i k i .
ICL7107 zna prawdopodobnie kał- Działanie układu bra-
dy elektronik i wystarczy powie- mek dekodera poka-
dzieĘ, łe w naszym układzie pra- zano na rys. 3.
cuje ona w typowej konfiguracji Sygnał zegarowy
miliwoltomierza o zakresie pomia- przekazywany jest do
Rys. 3. Wykres przedstawiający działanie
rowym do 1,999V. licznika IC3 poprzez
dekodera.
Elektronika Praktyczna 7/98
53
Czterokanałowy termometr cyfrowy
my zawsze ogra-
WYKAZ ELEMENTÓW
niczyĘ za pomo-
Rezystory
cÄ… jumpera S1.
PR1: 1k&! potencjometr
Jełeli jednak jes-
montażowy wieloobrotowy
teśmy całkowi-
R1, R14: 100k&!
cie pewni, Å‚e
R2: 1k&!
wystarczÄ… nam
R3, R12, R13: 470k&!
dwa kanały po-
R4: 1M&!
miarowe, to
R5: 10k&!
przekaünikÛw
REL2, REL3 R6, R7, R8, R9: 2,2k&!
i REL4 nie mu- R10, R11: 510&!
simy montowaĘ.
Kondensatory
Po zwarciu ze
C1: 100pF
sobÄ… dwÛch
C2, C8, C13: 10µF/10V
punktÛw ozna-
C4: 220nF
czonych na
C5: 47nF
s c h e ma c i e
C6, C10, C12, C14: 100nF
i płytce znakiem
C7: 10nF
ìXî, przekaünik
C11, C9: 220µF/16V
REL1 bÍdzie
Półprzewodniki
pracował jako
IC1: ICL7107
przełącznik, ob-
IC2: ICL7660
sługując jedno-
IC3: 4013
cześnie dwa ka-
IC4: 4011
nały termomet-
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce
IC5: 4543
drukowanej. ru. W kicie bÍ-
IC6: 7805
dzie dostarczany
ciem staÅ‚ym z przedziaÅ‚u zestaw elementÛw potrzebny do IC7: 4093
7..16VDC, czyli takim jakie jest zbudowania właśnie takiej wersji
T1, T2, T3, T4: BC557 lub
dopuszczalne dla układu 7805. termometru. odpowiednik
Po zmontowaniu płytek naleły DP1, DP2, DP3: wyświetlacze 7-
Montał i uruchomienie je ze sobą połączyĘ za pomocą segm. LED, wspólna anoda 14mm
Na rys. 4 przedstawiono roz- szeregu kÄ…towych goldpinÛw. Ta- (np. SA52-11)
mieszczenie elementÛw na pÅ‚yt- ki sposÛb montaÅ‚u gwarantuje DP4: miniaturowy wyÅ›wietlacz 7-
kach drukowanych miernika (wi- ustawienie pÅ‚ytek wzglÍdem sie- segm. LED, wspólna anoda
dok Å›cieÅ‚ek znajduje siÍ na bie idealnie pod kÄ…tem prostym, D1: dioda LED, prostokÄ…tna
w kolorze wyświetlaczy
wkładce wewnątrz numeru). Płyt- dając mocne i pewne połączenie.
czujniki LM35C 2 szt.
ki zostały wykonane z laminatu Jedyną czynnością regulacyjną,
dwustronnego z metalizacjÄ… jakÄ… musimy wykonaĘ, bÍdzie Różne
otworÛw. Mniejsza sÅ‚uÅ‚y do za- ustawienie za pomocÄ… potencjo- CON1, CON2: ARK3 (3,5 mm)
montowania wyÅ›wietlaczy, prze- metru montaÅ‚owego PR1 napiÍcia
CON3, CON4: goldpin kÄ…towy
Å‚Ä…cznikÛw sterujÄ…cych pracÄ… ukÅ‚a- 1000mV pomiÍdzy wyprowadze- 1x30 pin
du (z wyjÄ…tkiem S1) i dekodera niami REF HI i REF LO IC1.
CON5: ARK2 (3,5 mm)
wyÅ›wietlacza DP4, a wiÍksza po- Warto jeszcze zająĘ siÍ przez
REL1, REL2, REL3, REL4: przekaz
nik
zostaÅ‚ej czÍÅ›ci ukÅ‚adu. MontaÅ‚ chwilÍ sprawÄ… obudowania czuj- TQ2-5V (NAiS) (w zestawie tylko
wykonujemy w typowy sposÛb, nikÛw pomiarowych - ukÅ‚adÛw REL1)
rozpoczynajÄ…c od elementÛw LM35. UkÅ‚ad ten produkowany
S1: 1x3 goldpin + jumper
o najmniejszych gabarytach, jest w dwÛch rodzajach obudÛw:
S2: miniaturowy przełącznik
a koÒczÄ…c na kondensatorach plastykowych TO-92 i metalowych
hebelkowy
elektrolitycznych i wyÅ›wietla- TO-46. Ze wzglÍdu na znacznie
S3: przycisk RESET do wlutowania
czach. DP4 o takich samych roz- lepszą przewodnośĘ cieplną do w płytkę (mikroswitch)
miarach jak pozostaÅ‚e utrudnia naszych celÛw zdecydowanie le-
odczyt wynikÛw pomiarÛw. Dla- piej nadajÄ… siÍ te ostatnie. JeÅ‚eli sposÛb obudowania czujnikÛw, za-
tego teÅ‚ zastosowano wyÅ›wietlacz bÍdziemy dokonywaĘ pomiarÛw pewniajÄ…cy wygodny pomiar tem-
DP4 o znacznie mniejszych roz- temperatury powietrza, to wystar- peratury przedmiotÛw i nieagre-
miarach, co poprawiÅ‚o czytelnośĘ czy czujnik zasÅ‚oniĘ przed ewen- sywnych chemicznie pÅ‚ynÛw.
wyÅ›wietlanej informacji i pod- tualnymi wpÅ‚ywami czynnikÛw Obudowa zostaÅ‚a wykonana z ka-
niosÅ‚o estetykÍ wykonanego atmosferycznych lub uszkodze- waÅ‚ka chromowanej rurki, odciÍ-
przyrzÄ…du. niem mechanicznym. Sprawa kom- tej z uszkodzonej anteny telesko-
Termometr moÅ‚emy zmonto- plikuje siÍ jednak w przypadku powej. Jeden z jej koÒcÛw zostaÅ‚
waĘ w dwÛch wersjach: dwu pomiaru temperatury pÅ‚ynÛw lub zamkniÍty za pomocÄ… cyny. Za-
i czterokanaÅ‚owej, z tym Å‚e liczbÍ przedmiotÛw, np. radiatorÛw. mkniÍcie rurki najlepiej wykonaĘ
kanaÅ‚Ûw w drugiej wersji moÅ‚e- UdaÅ‚o mi siÍ opracowaĘ prosty w nastÍpujÄ…cy sposÛb: odcinek
Elektronika Praktyczna 7/98
54
Czterokanałowy termometr cyfrowy
przewodnośĘ cieplnÄ… zastygniÍte- zostaÅ‚ej czÍÅ›ci rurki klejem Distal
go kleju. Ja wybrałem inne roz- lub innym podobnym, poniewał
wiÄ…zanie, chyba optymalne. WnÍt- bez tego zabezpieczenia, przy po-
rze rurki z umieszczonym w niej miarze temperatur wiÍkszych od
czujnikiem i dobrze zaizolowany- 96OC stop mÛgÅ‚by po prostu wy-
mi przewodami wypeÅ‚niÅ‚em, pod- pÅ‚ynąĘ z rurki. BudowÍ opisanego
grzewajÄ…c w gotujÄ…cej siÍ wodzie, czujnika przedstawia rys. 5.
stopem Wooda. ByĘ moÅ‚e niektÛ- Warto jeszcze wspomnieĘ o do-
Rys. 5. Zalecany sposób wykonania rzy Czytelnicy nie znają tego datkowej kalibracji termometru
czujnika temperatury.
wielce ułytecznego w wielu sytu- przy wykorzystywaniu go jako np.
acjach metalu, a wÅ‚aÅ›ciwie, jak termometru lekarskiego. KalibracjÍ
rurki, dokÅ‚adnie oczyszczony we- sama nazwa wskazuje, stopu me- takÄ… wykonaÅ‚em posÅ‚ugujÄ…c siÍ
wnÄ…trz papierem Å›ciernym, sta- tali. Jego szczegÛlnÄ… cechÄ…, jedynÄ… bardzo dokÅ‚adnym termometrem
wiamy na kawaÅ‚ku blachy dura- wyrÛÅ‚niajÄ…cÄ… go spoÅ›rÛd innych laboratoryjnym. Czujniki oby-
lowej i caÅ‚ośĘ umieszczamy na stopÛw jest temperatura topnienia dwÛch termometrÛw umieszczone
palniku kuchenki gazowej. Do wynosząca 96OC! Poza tym stop zostały w wodzie o dokładnie sta-
rurki wrzucamy parÍ kawaÅ‚kÛw Wooda posiada wszystkie cechy bilizowanej temperaturze 38OC.
cyny do lutowania i caÅ‚ośĘ pod- metali, w tym bardzo dobrÄ… prze- PokrÍcajÄ…c potencjometrem mon-
grzewamy do momentu stopienie wodnośĘ cieplną i elektryczną. Na- tałowym PR1 uzyskałem idealną
siÍ cyny, a nastÍpnie, nie ruszajÄ…c tomiast kontakt z roztopionym sto- zgodnośĘ odczytu. Po wyÅ‚Ä…czeniu
z miejsca, studzimy. Stopiona cy- pem nie grozi uszkodzeniem ele- stabilizacji temperatury woda za-
na powinna utworzyĘ w rurce mentÛw pÛÅ‚przewodnikowych. czÍÅ‚a stygnąĘ i okazaÅ‚o siÍ, Å‚e
warstwÍ o gruboÅ›ci ok. 2..3mm. Tak wiÍc zastosowane rozwiÄ…za- dokÅ‚adnośĘ wskazaÒ naszego ter-
Mołna teraz umieściĘ czujnik nie mołna uznaĘ za idealne, mometru była lepsza nił 0,1OC, co
w rurce i zalaĘ klejem Distal. Ta- czujnik LM35 ma doskonały kon- predestuynuje go do zastosowania
kie rozwiÄ…zanie nie jest jednak takt termiczny z otoczeniem. Pa- jako termometru lekarskiego.
najlepsze ze wzglÍdu na sÅ‚abÄ… miÍtajcie tylko o wypeÅ‚nieniu po- Robert Zych, AVT
Elektronika Praktyczna 7/98
55