Термометр в машину своими руками

ZykovVlad › Блог › Термометр-Вольтметр или «наши руки не для скуки»

Собственно предыстория: На прошлой машине у меня в салоне штатно установлены были только часы. Я купил в автомагазине первый попавшийся термометр, немного модифицировал его подсветку и установил в машину. установил над зеркалом заднего вида под потолком. Термометр показывал внешнюю температуру и температуру в салоне. Никаких нареканий к его работе не было, но… машина была продана и с ней ушел и термометр.
В теперешней своей машине, тоже захотелось поставить термометр. Привык я к нему. Скажу сразу — штатный термометр и часы в новой машине имеются. Однако выводится всё это на один ЖК цифровой дисплей. Поэтому либо смотрим время, либо температуру. Переключение между режимами одной очень маленькой кнопочкой, которая плюс ко всему еще и не имеет подсветки. В темноте попасть именно в эту кнопочку просто не реально (рядом еще 2 кнопочки, и вместо переключения и есть ошибся с кнопкой, то переходишь в режим установки времени). Поэтому было решено на штатном дисплее оставить время, а вот термометр прикупить. И лучше, если этот термометр еще и напряжение в бортовой сети показывать будет (опять же из опыта, иногда напряжение знать надо).

На торпеде у меня нет лишних заглушек, свободных DIN карманов и прочих свободных мест. Вырезать, сверлить торпеду я не хочу, просто категорически. Что-то приклеивать на двухсторонний скотч, липучку и т.п. тоже не было желания — как-то «колхозно», что ли… Выбрал уже привычное место над зеркалом заднего вида в салоне. Пространства между зеркалом и потолком более чем достаточно. Естественно такого же термометра купить не удалось, ибо был снят с производства. Поэтому купил того же производителя, но другую модель. Этот термометр показывал внешнюю, внутреннюю температуры, время, дату и день недели. Часы и дата мне были совсем не нужны, но раз уж есть, то пусть будут.

Небольшое отступление. Не так давно приборы с ЖК индикаторами шли с поляризационной пленкой сверху. Она была либо приклеена, либо просто сверху индикатора ложилась, заодно играя роль защитной пленки для индикатора. Повернув пленку на 90 градусов по часовой стрелке можно было «12 часов» исправить на «6 часов». А если перевернуть пленку обратной стороной, то получали негативное изображение. Если были черные цифры на зеленом фоне, то получались зеленые цифры на черном фоне. Сейчас таких пленок не используют. Я так понимаю теперь поляризационный фильтр либо напыляют сверху, либо используют популяризированное стекло в качестве прижимного и его отделение от индикатора равносильно смерти индикатора.
Именно угол обзора и стал последней каплей для отправки термометра в машине в пыльные закрома с остатками других устройств.

Всех этих недостатков лишены светодиодные термометры, но у них есть свои недостатки:
1. Все светодиодные термометры либо бескорпусные, либо с корпусом для установки в панель. В принципе, это решаемо, у тех же китайцев можно прикупить пластиковый корпус подходящего размера по разумной цене, вкорячить туда термометр и использовать его как навесной прибор. При этом, понятно, степень гармоничности вписания в интерьер салона будет зависеть от места произрастания рук и степени их кривизны.
2. Яркость свечения. Увы… у всех встреченных мне поделок мне не попался ни один, который бы менял яркость при включении габаритов. А светят они не плохо. Но «люстру» мне, практически на уровне глаз, не нужно. Реализовать самостоятельно изменение яркости на уже готовом изделии — проблематично.

В итоге я соединил эти два модуля, объединил их в один прибор, написал программу для микроконтроллера и за пару дней терзаний сваял себе термометр-вольтметр. Честно говоря я уже давно не использую контроллеры AVR для своих поделок, несколько лет назад переключился на STM, поэтому в эту пару дней изготовления входят поиски где-то завалявшегося программатора, для заливки написанной программы в контроллер, поиск старого компьютера (драйверы программатора не работали с новыми версиями Windows), чтение документации на микроконтроллер ибо уже подзабыл, а так же изготовление простейшего корпуса — задняя часть к которой крепится кронштейн (черный пластик) и верхняя лицевая часть — прозрачное оргстекло. С боков прибор ничем не закрыт и видимо ничем далее закрываться не будет. Получилось следующее:

Фотография, как бы немного засвеченная и не очень контрастная. Дело в том, что для фотографирования я выбрал солнечный день, а машину поставил так, что бы освещение было самым тяжелым для обозрения — в окно водительского стекла. Как видите, показания прекрасно видны. Установка под потолком вообще исключает попадание прямых солнечных лучей на девайс. То есть экран в любой ситуации засвечен не будет.

Кнопочка слева для переключения режимов показаний (кнопка подсвечивается). Режимов всего три: а) температура на улице и в салоне; б) температура на улице и напряжение в бортовой сети (цифрами); в) напряжение в бортовой сети (цифрами и графически).

Графическое отображение уровня заряда имеет смысл только при заглушенном двигателе, так как при работающем он естественно показывает напряжение с генератора. При снижении напряжения аккумулятора, меняется и графическое отображение. Количество рисуемых сегментиков уменьшается. С определенного порога напряжения эти сегментики сначала рисуются желтыми, а при дальнейшем снижении напряжения — красными. Одновременно с красными сегментиками начинает мигать красный светодиод справа от экрана. Не заметить его очень сложно, он яркий. Это светодиод при критических напряжениях АКБ мигает независимо от того, какой режим работы дисплея выбран. Мы можем быть на экране с температурами, а прибор продолжает мониторить напряжение.

Читайте также:  Что такое бирка на машине

Номер режима показаний запоминается в энергонезависимой памяти устройства, если в этом режиме пробор проработал более 10 секунд. При дальнейших включениях, устройство автоматически переключается в сохраненный режим показа. Яркость дисплея при включении габаритов уменьшается.

Вот так выглядит устройство, если посмотреть на него снизу. Виден торец дисплея, микроконтроллер, датчик температуры DS18B20. Слева виден синий подстроечный резистор, служащий для настройки вольтметра. Образцовый вольтметр я подключал прямо к клеммам АКБ, и смотря за показаниями этого вольтметра через лобовое стекло выставлял напряжение на девайсе.

Схема LCD модуля показана ниже. Ничего сложного. Микросхема 75LVC245ADW согласует логические уровни управляющего микроконтроллера и контроллера встроенного в дисплей. Так как в данном случае осуществляется односторонняя связь (данные от контроллера идут на LCD, обратно никаких данных не отправляется), то эту микросхему можно вообще упразднить, вместо нее использовать ограничительные резисторы 470 Ом с подтяжкой линий со стороны LCD к земле через резисторы 610 Ом (5 линий связи — 10 резисторов).

Стабилизатор для питания логики дисплея линейный регулируемый. Регулируется резистором R2. На выходе должен выдавать 2,9…3,0 Вольт (. Проще уже вроде и некуда. Повышающий преобразователь на 10 Вольт организован на дешевой и доступной микросхеме MC33063. Безусловно, этот преобразователь можно выполнить и на другой, элементарной базе, от специализированных микросхем, до банальной NE555. Однако от использования дополнительного «обвеса» микросхемы в виде дросселя и некоторого количества резисторов-конденсаторов это не освободит. Индуктивность L2 можно упразднить, для подсветки дисплея ее наличие не принципиально, а вместе с нею убрать и конденсатор C6. В том же направлении можно и отправить светодиод и его ограничительный резистор R5. Если регулировка яркости подсветки дисплея не требуется, то полевой транзистор VT1 из схемы убирается, а контакт PWM и LED_GND закорачиваются на GND. В номинале резистора R6 нет ошибки, он действительно 1,8 Ом — это токоограничивающий резистор.

Примечание:
Напряжение питания дисплея равное 2,9 Вольт и напряжение питания подсветки дисплея равное 10 Вольт, я получил путем прямого измерения напряжения на этом дисплее, еще когда он был установлен непосредственно в телефоне. По данным от SHARP напряжение питания схемы дисплея составляет 3,0…3,3 Вольт. А напряжение питания светодиодной подсветки составляет 12,6…13,5 Вольт. На свой стах и риск можете использовать именно эти значения напряжения. Правда нужно будет пересчитать номиналы резисторов и конденсатора обвязывающих микросхему MC33063 (в интернете есть он-лайн калькуляторы).

Конструктивно LCD модуль выполнен как «сандвич» — с одной стороны платы припаяны компоненты, с другой стороны закреплен сам дисплей. Крепление дисплея в моем варианте применено «родное», снятое с того же телефона, что и сам дисплей. Представляет из себя металлическую рамку с прорезями под пластмассовые фиксаторы, которые расположены на корпусе LCD. С «донора» так же снял и пружинные контакты, которые обеспечивают надежное разъемное соединение между дорожками на плате и контактными площадками на LCD. Отмечу, что демонтаж и последующий монтаж металлической рамки держателя дисплея и пружинных контактов очень затруднен без использования фена. Боюсь работая просто паяльником, крепление и контакты будут испорчены. Закрепить дисплей можно просто на двухсторонний скотч, а к контактным площадкам припаять провода (предварительно зачистив контакты при температуре жала не выше 290 градусов).

Схема блока управления показана ниже. Всё традиционно и стандартно.

Однако не смотря на всю традиционность и стандартность имеется маленькая деталь. На схеме управляющий сигнал PWM (регулировка яркости подсветки дисплея) идет в никуда. Это не ошибка. Дело в том, что у меня на борту уже имеется один самодельный прибор с кнопками и переключателями, для которого уже организован ШИМ (PWM) и яркость этих кнопок и переключателей уже меняется в зависимости от включения/выключания габаритов. Поэтому мне нужно было либо заводить в данный прибор один провод от габаритов, что бы контроллер мог распознать момент включения этих самых габаритов, позаботиться о защите порта, к которому этот провод будет подключен, написать кусок программы для опроса этого порта, кусок программы для организации ШИМ… или просто кинуть тоже всего один провод от имеющегося прибора с уже готовым ШИМ (PWM). Естественно я выбрал второе.

Примечание:
Для того, что бы сигнал ШИМ (PWM) генерировался не сторонним прибором, а именно этим контроллером, потребуется изменить схему прибора и программу для микроконтроллера. Мне видится так: датчик температуры нужно будет перебросить на порт PD6, что бы освободить порт PD7, который одновременно является выводом аппаратного ШИМ сигнала Timer/Counter 2. Вот к этому освободившемуся порту и подключить PWM. Одновременно с этим в самой программе нужно будет «перебросить» функцию опроса кнопки с Timer/Counter 2 на Timer/Counter 0, а Timer/Counter 2 настроить на вывод сигнала ШИМ (PWM). К стати, одну единственную редконажимаемую кнопку можно и без использования таймера опрашивать, а, например, в основном бесконечном цикле while < >в функции main < >.

Можно поступить и по другому. Оставить всё как есть, но для ШИМ использовать Timer/Counter 0. Для этого в программе нужно сделать соответствующие настройки для этого таймера, линию PWM завести на порт PB3 (нога 43), а линию RESET для LCD модуля завести на другой свободный порт (а их много свободных) с соответствующими настройками в программе. Пожалуй это наиболее простой способ.

Особое внимание останавливаю на супрессоре VD1. Его наличие в схеме обязательно. На худой конец можно поставить стабилитрон на 18 Вольт или стабилитрон на порт вольтметра на 5,1 Вольт. Импульсные помехи с генератора автомобиля могут иметь весьма большой размах по напряжению (значительно больше чем 18 Вольт) и вывести из строя порт микроконтроллера.

Читайте также:  Чем помыть машину на даче

Питание прибора организовано из той же «кормушки», что и питание видеорегистратора (он установлен за зеркалом заднего вида). В свое время у китайцев я прикупил парочку преобразователей на 5 Вольт для автомобиля, и ни разу об этом не пожалел. В машине у меня таких преобразователя 2 — один установлен для заряда мобильных устройств, второй для питания видеорегистратора и иных устройств, требующих питания 5 Вольт. Они прекрасно пережили уже третью зиму и два весьма жарких лета, никаких нареканий к их работе у меня не возникло. Вот такие преобразователи:

Эти преобразователи я никогда не нагружал до заявленных производителем 10 Ампер, но от одного устройства я заряжал 2 полностью разряженных планшета, ток зарядки на оба девайса составлял больше 4 ампер. Преобразователь без всяких дополнительных радиаторов даже не нагрелся. Короче советую и рекомендую. Размеры преобразователя (по радиатору) 65 х 55 х 21(высота) мм. Если возникнет желание сделать питание более бюджетным и компактным на основе линейных преобразователей типа 7805, то я отговаривать не буду, но разберите любую китайскую автомобильную зарядку, даже при экономности китайцев, они никогда не используют линейные преобразователи и на то, поверьте, есть целый ряд объективных причин.

Рисунки печатных плат не привожу по следующим соображениям:
1. У меня в основном использованы компоненты поверхностного монтажа, а кто-то предпочитает выводные.
2. Устройство было сделано из того, что было и совсем не факт, что то же самое будет и у остальных.
3. Блок управления я вообще состряпал практически из макетной платы (см. фотографию).

Под изготовление блока управления я использовал ранее изготовленный модуль, который пылился у меня без дела года 2 или 3. Я таких модулей в свое время сделал 4 штуки для макетирования устройств. На фотографии модуль, так сказать, в полной комплектации: микроконтроллер; кварцевый резонатор с конденсаторами, фильтры по питанию микроконтроллера, разъем для внутрисхемного программирования, кнопка Reset и ее обвязка, микросхема часов DS1307 с кварцевым резонатором, резисторы подтяжки линий, держатель батарейки для часов, индикатор питания, микросхема энергонезависимой памяти EEPROM (оставлены площадки для припайки адресозадающих перемычек — резисторы с нулевым сопротивлением). В устройстве я использовал модуль без часов и всё что с ними связанно и без микросхемы EEPROM.

Дальнейшему усложнению и расширению функционала устройство не подлежит. Вот отчет компилятора: «Program size: 7766 words (15532 bytes), 94,8% of FLASH». Память микроконтроллера практически полностью занята. Большое количество памяти «съел» большой шрифт — 14 знаков размером 32 х 45 пикселей. Если всё же понадобится чем-то дополнить, то делать это придется уже с микроконтроллером ATMEGA32, который абсолютно такой же как и ATMEGA16, но памяти в 2 раза больше — 32 кБайт.

Источник

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.

Читайте также:  Шрус крутится машина не едет

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.

Источник

То, что вы хотели знать