Zaloguj się
Wszystkie
29 stycznia 2025
89
- Zasilanie +12 V DC/maks. 250 mA.
- Zakres mierzonej temperatury +10…+44˚C (pomiar temperatury pokojowej).
- Wskaźnik Nixie – lampa IN13.
- Czujnik temperatury DS18B20.
- Układ scalony mikrokontrolera ATtiny2313.
- Jednostronna płytka drukowana.
Niniejszy projekt pełni rolę analogowego, elektronicznego termometru retro. Dzięki zastosowaniu czujnika DS18B20 mającego maksymalną rozdzielczość pomiaru 12 bitów można mierzyć temperaturę z dużą dokładnością w szerokim zakresie, zależnie od zastosowanej skali. Prezentowany termometr jest szczególnie polecany miłośnikom elektroniki retro, którym znudziły się termometry cyfrowe.
Barografy Nixie
Barografy Nixie są lampami wskaźnikowymi, w których długość poświaty przy katodzie zależy od prądu anodowego przepływającego przez lampę. Od lamp Nixie różnią się budową, chociaż zasada ich działania opiera się na tych samych zjawiska fizycznych. Zawierają anodę i katodę lub anodę i dwie katody (katodę główną i katodę sterującą) zamknięte w cienkiej szklanej rurce wypełnionej gazem szlachetnym pod ciśnieniem. Barografy Nixie mają niższe napięcie zapłonu, gaśnięcia oraz pracy w porównaniu z wyświetlaczami (lampami) cyfrowymi Nixie. Napięcie zapłonu dla lamp IN13 wynosi około 140 V, a napięcie pracy 94…99 V. Długość poświaty przy katodzie jest liniowo zależna od prądu anodowego. Po zwiększeniu prądu lampa wchodzi w nasycenie (zwiększa się prąd anodowy, a długość zostaje na stałym poziomie maksymalnym). Po wejściu w nasycenie zwiększa się jedynie intensywność poświaty przy katodzie, a zmniejsza żywotność lampy. Z tego powodu nigdy nie powinno się wprowadzać lampy w nasycenie.
Opis układu
Sercem układu jest mikrokontroler ATtiny2313 pracujący z użyciem wewnętrznego oscylatora RC o częstotliwości 1 MHz. Jako czujnik temperatury zastosowano popularny układ scalony DS18B20 umożliwiający pomiar w zakresie od -55 do 125°C z rozdzielczością maksymalną 12 bitów. Układ U1, wraz z zestawem elementów zewnętrznych, stabilizuje napięcie 5 V służące do zasilania części cyfrowej termometru.
Ze względu na wysokie napięcie zapłonu lampy zastosowano przetwornice zaporową podwyższającą napięcie na kontrolerze MC34063. Tranzystor MOSFET T1 wraz z rezystorem R3 rozładowującym bramkę pełni rolę klucza. Podczas przewodzenia tranzystora dławik L1 magazynuje energię w postaci pola magnetycznego, a dioda D1 jest spolaryzowana zaporowo zabezpieczając kondensator C7 przed rozładowaniem. Po otwarciu tranzystora w cewce indukuje się napięcie dodające się do napięcia zasilania na skutek, czego dioda zaczyna przewodzić doładowując kondensator do napięcia wyższego niż wyjściowe. Rezystorowy dzielnik napięcia R4, R5 jest elementem pętli sprzężenia zwrotnego, dzięki której przetwornica utrzymuje stabilne napięcie wyjściowe.
Do wyświetlania temperatury zastosowano radziecki barograf Nixie IN13 (ИН13) o napięciu zapłonu 140 V. Do sterowania lampą służy regulowane źródło prądowe składające się z wzmacniacza operacyjnego U4A, tranzystora wysokonapięciowego T2 oraz rezystora R9 i potencjometru kalibracyjnego. Wzmacniacz operacyjny steruje prądem bazy tranzystora T2 tak, aby spadek napięcia na rezystorze i potencjometrze był taki sam, jak napięcie na wejściu nieodwracającym. Wzmacniacz operacyjny U4B pełni rolę wtórnika napięciowego, a rezystor R7 i kondensator C10 tworzą filtr dolnoprzepustowy o bardzo dużej stałej czasowej. Po doprowadzeniu na jego wejście sygnału PWM o dużej częstotliwości kondensator jest bardzo szybko ładowny i rozładowywany, dzięki czemu harmoniczne sygnału są tłumione, a składowa stała przepuszczana. Sumę rezystancji R9 i PR1 dobrana w taki sposób, aby dla przebiegu PWM o wypełnieniu 100% (co odpowiada napięciu +5 V na wejściu U4A) uzyskać maksymalną długość poświaty. Skala termometru zaprojektowano w taki sposób, aby dla temperatury +25°C długość powiaty przy katodzie lampy wynosiła 55 mm, z czego wynika zależność liniowa: l=3,4×T–30. Przyjmując rozdzielczość 8-bitową generatora PWM oraz długość poświaty 65 mm dla wypełnienia 50% (PWM=127), otrzymujemy ostatecznie liniową zależność wypełnienia od temperatury: PWM=6,64×T-58,6. Implementacja takiej zależności niosłaby za sobą konieczność stosowania mnożenia licz zmiennoprzecinkowych, co powoduje zwiększenie objętości programu i zmniejszenie prędkości jego wykonywania, dlatego stworzono stałą tablicę wartości funkcji dla argumentów od 10 do 44°C (dokładny zakres możliwych do wyświetlenia temperatur) zapisaną w pamięci Flash mikrokontrolera. Potencjometr PR1 przewidziano do korygowania rozbieżności parametrów barografów Nixie oraz do kalibracji skali.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
