Как сделать термометр для компьютера
Приставка к компьютеру — термометр и гигрометр на микроконтроллере Atmega8. Схема
На протяжении тысячелетий люди пытались предсказать погоду. В настоящее время становятся все более популярными метеорологические станции, позволяющие спрогнозировать погоду на следующий день.
Неотъемлемой функцией даже самой простой метеостанции является измерение температуры и влажности. Эти параметры также очень важны и в других ситуациях, например, при хранении продуктов питания.
Схема, приведенная в данной статье, представляет собой USB приставку к компьютеру, позволяющая измерять температуру и влажность воздуха.
Устройство собрано на миниатюрной печатной плате с преобладанием элементов поверхностного монтажа (SMD), благодаря чему оно может быть использовано как адаптер для ноутбука или настольного компьютера.
Ниже представлена принципиальная схема термометра/гигрометра. Основа устройства — микроконтроллер ATmega8, работающий от внешнего кварцевого резонатора с частотой 7,3728 МГц. Такая тактовая частота позволяет полностью избежать ошибок передачи данных по UART.
Отображение измеренных данных выводиться через USB на компьютер. Для упрощения связи используется виртуальный RS232 порт. Поскольку питание адаптера осуществляется от USB, в схему введена фильтрация с помощью индуктивности L1 и конденсатора C5.
Ниже показана печатная плата. На плату устанавливается микроконтроллер ATmega8-16AU в корпусе TQFP32 и микросхема FT232RL в корпусе SSOP28, монтаж которой требует некоторого навыка.
Все линии, необходимые для программирования микроконтроллера, выведены на разъем XS1, благодаря чему отпадает необходимость программировать микроконтроллер перед пайкой.
Фьюзы микроконтроллера: High Byte: 0xD9, Low Byte: 0xFD.
После подключения устройства к компьютеру оно будет определено как адаптер USB / RS232. Чтобы изменить имя устройства по умолчанию, измените его и сохраните в EEPROM чипа FT232. Для этого можно воспользоваться утилитой «FT prog».
После установки и запуска утилиты «FT prog» выберите «Devices» — «Scan and Parse». Будет отображено содержимое памяти FT232, модель используемой системы и некоторые другие детали.
В «Device Tree» разверните вкладку «USB String cluster service» и в поле «Product Description» введите новое имя устройства, например, «Термометр с гигрометром USB».
После установки соответствующего имени, необходимо запрограммировать EEPROM. Для этого выберите «Devices» — «Program». В появившемся окне нажмите кнопку «Program». Теперь каждый раз при подключении адаптера он будет распознан как «Термометр с гигрометром USB»
При первом включении программы нужно зайти в настройки, щелкнув правой кнопкой мыши на окно программы и определить порт, к которому подключена приставка и настроить отображения информации в системном трее. Тут так же есть возможность отключить отображение информации или выбрать периодичность ее показа.
После настройки следует нажать кнопку «Сохранить параметры», а затем щелкнуть значок USB-порта. При последующих запусках программа сама откроет порт по умолчанию и будет работать с предыдущими настройками.
Скачать файлы (99,6 KiB, скачано: 587)
Термометр для ПК на DS1621
Данный термометр подключается на любой свободный последовательный порт ПК, предназначен для отображения температуры на экране монитора. Термометр дает показания температуры с точностью до 0.5 ° C, без калибровки. Ключевым компонентом схемы является температурный датчик DS1621 фирмы Dallas Semiconductor (в настоящее время Maxim). Это цифровой датчик температуры, а это означает, что он измеряет температуру и превращает показания в цифровые значения (двоичные числа, то есть последовательность из нулей и единиц как байты в компьютере).
Список радиодеталей:
U1,U2 датчики DS1621 или DS1631
U3 LM2936Z-5.0
D1,D2 диоды LL4148
DZ1, DZ2 MMSZ5V1 стабилитроны на 5.1в
C1,C2 47 мкФ/16в
C3,C4 100 нФ
R1,R2 4700 Ом
COM DB9F 9-pin коннектор
Основная плата с платой датчика соединяется с помощью проводов и выносится за пределы корпуса, располагать датчик внутри корпуса системного блока не рекомендуется, особенно если вы хотите измерять температуру в комнате.
Датчик DS1621 использует интерфейс I 2 C который также называют двухпроводным интерфейсом (TWI) для связи с микроконтроллером. При программировании микроконтроллера фьюзы выставлять не нужно.
Печатные платы можно изготовить методом ЛУТ или фоторезиста, платы должны быть чистыми, без КЗ или соплей, иначе есть вероятность спалить ком порт.
Печатная плата рассчитана на установку разъема последовательного порта, плата устанавливается между выводами разъема.
После того как собрали устройство, можно приступать к загрузке и установке программного обеспечения. При первом запуске вам нужно будет выбрать номер последовательного порта, куда подключено устройство, затем устройство будет готово к работе.
Запись данных температур будет вестись в текстовый файл, так что вы можете легко импортировать эти файлы в MS-Word или MS-Excel, где можно сделать график данных. Программа для отображения температуры и связи с микроконтроллером лежит в архиве ниже. Программа протестирована в Windows XP Home Edition, но вероятно, будет также работать и в других версиях Windows, в остальных системах не тестировалось.
Скачать исходный код программы, ПО и печатную плату вы можете ниже
Схема электронного термометра с выносным датчиком своими руками
На замену не совсем удобным аналоговым измерителям температуры, в основе работы которых лежит свойство жидкости расширяться и сжиматься, промышленность предложила дискретные устройства. Эти совсем несложные приборы обладают рядом неоспоримых преимуществ. Купить измеритель можно практически в любом магазине бытовой или климатической техники, но гораздо интереснее изготовить электронный термометр с выносным датчиком своими руками.
Суть устройства
Термометр, разговорный аналог — градусник, предназначен для измерения температуры окружающей среды. Первое устройство было изобретено в 1714 году немецким физиком Д. Г. Фаренгейтом. В основе своей конструкции он использовал прозрачную запаянную колбу, внутри которой находился спирт. После в качестве жидкости учёный применил ртуть. Но шкала аналогового измерителя, существующая и по сей день, была разработана лишь только через 30 лет шведским астрономом и метеорологом Андерс Цельсием. За начальные точки он предложил взять температуру тающего льда и кипения воды.
Интересным фактом является то, что изначально числом 100 была отмечена температура таяния льда, а за ноль взята точка кипения. Впоследствии шкалу «перевернули». По некоторым мнениям это сделал сам Цельсий, по другим — его соотечественники ботаник Линней и астроном Штремер.
Вскоре изготовление ртутных измерителей было широко налажено производством в промышленных масштабах. Со временем ртуть из-за своей ядовитости была заменена на спирт, а затем и вовсе был предложен новый тип устройства — цифровой. Сегодня, пожалуй, градусник стал неотъемлемым атрибутом любого жилища. По совету Всемирной организации здравоохранения была принята Минаматская конвенция, направленная на постепенный вывод из обихода ртутных градусников. Согласно ей в 2022 году использование ртути в измерителях будет полностью прекращено.
Поэтому из-за своих отличных характеристик термометр с цифровой схемой практически не имеет конкурентов. Предлагаемые в продаже спиртовые приборы проигрывают ему по точности и удобству восприятия данных.
Электронные модели могут располагаться в любом месте, ведь в контролируемом помещении необходимо расположить только небольшой датчик, подключённый к устройству. Этот тип используется во многих технологических процессах промышленности, например, строительных, аграрных, энергетических. С их помощью контролируется:
Принцип работы
Перед тем как непосредственно приступить к изготовлению электронного термометра, следует разобраться в принципе его действия и определиться, из каких узлов будет состоять конструкция. Промышленно выпускаемые электронные градусники различаются по своим размерам и назначению. Но все они построены на однотипном принципе действия.
Проводимость материала изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Основываясь на этом и проектируется схема электронного градусника. Так, чаще всего в конструкции применяется термопара. Это электронный прибор, стоящий из двух сваренных между собой металлов. На поверхности каждого из них имеется контактная площадка, подключённая к измерительной схеме. При нагревании или охлаждении контактов возникает термоэлектродвижущая сила, появление и изменение которой регистрируется платой электроники.
В устройствах нового поколения вместо термочувствительного элемента используется кремниевый диод. Полупроводниковый радиоэлемент, у которого наблюдается зависимость вольт-амперной характеристики от температурного воздействия. Иными словами, при прямом включении (направление тока от анода к катоду) значение падения напряжения на переходе изменяется в зависимости от нагрева полупроводника.
Всего же в конструкции простого термометра можно выделить пять блоков:
Особенности изготовления
Человеку, увлекающемуся радиолюбительством, сделать электронный термометр своими руками по схеме не доставит трудностей, но в то же время обычному потребителю понадобится иметь хотя бы навыки паяния. Сегодня существует довольно много различных схем, отличающихся как сложностью повторения, так и дефицитностью радиодеталей.
При выборе схемы учитывают характеристики, которые она сможет обеспечить будущему измерительному устройству. В первую очередь — это диапазон измеряемых температур, а во вторую – погрешность. Конструктивно можно собрать проводную и беспроводную модель. При сборке второго типа используется радиомодуль, значительно удорожающий изделие.
Из-за использования чувствительных специализированных микросхем собирать навесным монтажом схему вряд ли получится. Поэтому предварительно изготавливается печатная плата. Делать её лучше из одностороннего фольгированного стеклотекстолита методом «лазерно-утюжной технологии».
Суть метода заключается в том, что с помощью, например, Sprint Layout, рисуется печатная схема устройства и распечатывается в зеркальном отображении в масштабе 1:1 на лазерном принтере. Затем, приложив отпечатанный рисунок изображением вниз к фольгированному слою, проглаживают чертёж разогретым утюгом. Из-за особенностей тонера изображение линий перенесётся на стеклотекстолит. Далее плата погружается в ванную с реактивом, например, FeCl3.
В качестве индикатора можно использовать светодиодную матрицу, но лучше приобрести любой монохромный экран. Простой экран можно взять буквально за «копейки», например, подойдёт от старых системных блоков, выполненных в форм-факторе АТ. Если планируется конструкция с выносным датчиком, то неплохим вариантом будет использование шлейфа с диаметром проводника от 0,3 мм2, но в принципе подойдёт любой провод. При этом чем вынос датчика больше, тем большего сечения нужен и провод.
В схемотехнике некоторых термометров используются микроконтроллеры. Их применение позволяет упростить электрическую схему и повысить функциональность, но при этом требует навыков программирования и умения загружать прошивку. Для этого понадобится программатор, который можно также спаять самостоятельно, например, для LPT из пяти проводов.
Простой термометр
В качестве мультиметра можно использовать стрелочный или цифровой прибор. К датчику согласно схеме подключают источник питания. Например, КРОНу или три соединённых последовательно пальчиковых батарейки. Измеритель же подключают к клеммам V и COM и переводят в режим измерения температуры. Потребление датчика при работе не превышает 10 мкА.
Диапазон измерения мультиметра устанавливается на два вольта. Отображённый на экране результат и будет соответствовать измеряемой температуре. Последняя цифра в числе обозначает десятые доли градуса.
При желании устройство можно сделать двухканальным. Для этого дополнительно необходимо будет изготовить механический или электронный переключатель.
Цифровая схема
Одна из самых простых схем состоит всего из нескольких элементов. В основе конструкции лежит использование датчика, выдающего значение температуры в цифровом коде. Стоимость термодатчика LM 335 не превышает 50 центов, при этом после калибровки его точность измерения составляет от 0,3 ° до 1,5° C. Датчик может измерять температуру от — 40 ° до 100° C. Выпускается он в двух корпусах — TO-92 и SOIC. В качестве аналога можно использовать отечественную микросхему К1019ЕМ1.
При монтаже длина соединительных проводов может достигать пяти метров. Калибровка схемы осуществляется изменением напряжения, подаваемым на вывод один. Необходимое значение рассчитывается по формуле:
Uвых = Vвых1 * T / To, где:
Напряжение, формирующее выходной сигнал, зависит от температуры, поэтому питание, подающееся на датчик, должно осуществляться от источника тока. Собирается он на двух транзисторах КТ209 и не требует дополнительных настроек. Максимальный ток питания не превышает 5 мА. Увеличение выходного напряжения на 10 мВ соответствует приросту температуры на один градус.
Использование микроконтроллера
Применение в схеме самодельного термометра микроконтроллера подразумевает использование программы, управляющей его работой. В качестве микросхемы применяется ATmega8, а датчика температуры — DS18B20.
В схеме используется небольшое число радиодеталей. Она несложная и не нуждается после сборки в какой-либо наладке. Напряжение питания микроконтроллера составляет пять вольт. Для его стабилизации используется микросхема L7805. Транзисторы можно использовать любые с NPN структурой. В качестве индикатора подойдёт трёхразрядный сегментный дисплей с общим катодом.
При программировании все установки микроконтроллера оставляются заводскими, и фьюзы не изменяются. Затем к собранному термометру можно добавить ещё один датчик, а также часы. Но для этого необходимо будет обладать знаниями в программировании, чтобы дописать программный код.
Точный термометр
Применение в качестве датчиков полупроводниковых диодов и транзисторов характеризуется сложностью калибровки показаний, что в итоге приводит к погрешности результата измерений. Поэтому для получения точного результата в качестве измерителя применяется бифилярно намотанная катушка из тонкого проводника, размещённая в цилиндре, имеющем размеры порядка 4х20 мм.
Основой конструкции является микросхема ICL707 и светящийся индикатор. Питание можно подавать от любого источника с выходной амплитудой 12 В. На DA3 собран нормирующий преобразователь, изменяющий своё выходное напряжение в зависимости от сигнала, поступаемого с датчика.
Настройка заключается в выставлении на 36 ноге микросхемы напряжения, равного одному вольту. Делается это с помощью резисторов R3 и R4. Вместо датчика подключают резистор на 100 Ом. Изменением сопротивления R14 устанавливают нули на цифровом индикаторе. После чего устройство готово к измерениям.
Простой цифровой термометр своими руками
Применить такой термометр с выносным датчиком, подключаемый к компьютеру через COM порт, возможно начиная от поддержания климатических условий различных хранилищ, инкубаторов, аквариумов, контролем температурных режимов высококлассной аудиоаппаратуры и заканчивая наблюдениями за погодными условиями с сохранением данных для дальнейшей их обработки, т.е. в любых местах, где удовлетворяет диапазон измеряемых температур и погрешность термометра.
К одной 2-х(3-х) проводной линии можно подключить несколько датчиков, и таким образом, при минимальных затратах, контролировать температуру в нескольких точках.
Что нужно для сборки электронного термометра
1) Термодатчик DALLAS DS1820 — самая главная часть всей схемы, датчиков можно прицепить несколько параллельно. По описанию каждый сенсор имеет собственный 64 битный ID, что позволяет использовать одновременно 100 сенсоров на шине, длиной 300 м, проверить не довелось, но два датчика на шине длиной 5 метров успешно работают.
2) Стабилитроны на 3.9V, 6.2V, 5.6V, самой минимальной мощности — они компактнее.
3) Диод Шоттки, использовались 1N5818 в количестве 2шт.
4) Диод 1N4148 — 1шт.
5) Резистор 1,5кОм, 0,25Вт — 1шт.
6) Конденсатор 10мкФ, 16V — 1шт.
7) 9-контактный разъем COM-порта, тип — мама.
8) Корпус для разъема.
Компоненты необходимо собрать по следующей схеме:
Цифровой термометр DS18S20 (DS1820)
Цифровой термометр DS18S20 (DS1820)500мс). Узел 1-Wire- интерфейса прибора организован таким образом, что существует теоретическая возможность адресации неограниченного количества подобных устройств на одной однопроводной линии. Термометр имеет индивидуальный 64-разрядный регистрационный номер (групповой код 010Н) и обеспечивает возможность работы без внешнего источника питания, только за счет паразитного питания однопроводной линии. Питание прибора через отдельный внешний вывод производится напряжением от 3,0В до 5,5В. Термометр размещается в транзисторном корпусе TO-92.
Монтаж можно вести прямо на разъеме, при некоторой сноровке, достаточно плотный монтаж можно уместить в корпусе разъема, что несомненно удобно и практично.
Термометр готов, и что особенно хорошо, все работает без какой либо калибровки сенсоров.Остается только подключить датчик к COM порту компьютера и установить программу измерения температуры.
Программа измерения температуры
Программа Temp. Keeper предназначена для контроля и наблюдения за температурой и влажностью различных объектов или сред, в которые будут помещены датчики. Скачать программу Temp. Keeper
Вы сможете визуально наблюдать на компьютере за происходящими изменениями, а так же контролировать нахождение указанных параметров в норме, предупреждая Вас звуковым сигналом, если потребуется.
Основные возможности программы:
— Автоматическое нахождение подключенных датчиков по команде
— Индивидуальные настройки сигнализации для каждого датчика
— Два режима опроса, позволяющих работать как с датчиками, использующими паразитное питание, так и с датчиками с внешним питанием
— Отображение измеряемых параметров на графике для более удобной оценки их изменений
— Выдача выбранного для каждого объекта звукового сигнала
— Вычисление средней температуры в помещении при многоточечном контроле
— Отображение измеряемых параметров в системном трее для одного из датчиков
— Программа рассчитана на работу под управлением ОС Windows 95, 98, 2000, NT4 (требуется Servis Pack 3 или выше).