Dwupunktowy termometr cyfrowy LED

Jakiś czas temu wyjąłem głęboko schowany przed ponad 10 lat karton, który powinien mieć napis “DIY wykopaliska”. Wewnątrz znajdowało się sporo płytek drukowanych – nierozpoczętych lub niedokończonych układów elektronicznych. Część z nich nie została zmontowana ze względu na brak dostępności elementów, część przestała mi być potrzebna, jeszcze kilka innych to płytki drukowane bez wlutowanego ani jednego elementu, bo zabrakło czasu lub ochoty. Po zrobieniu remanentu postanowiłem zreaktywować część urządzeń. Jednym z nich jest poniżej opisany dwupunktowy termometr elektroniczny. Jest to zestaw do samodzielnego montażu, tzw kit AVT-2410, który był opublikowany w Elektronice dla Wszystkich  nr 2/2000. Dwustronna płytka drukowana miała wlutowane prawie wszystkie części elektroniczne, większość pochodziła z odzysku. Układ nie został dokończony, bo zabrakło czujników temperatury, układu ICL7107 i wieloobrotowyxh potencjometrów 1kΩ. Elementy te dokupiłem później, ale przeleżały sporo czasu w szufladkach szafki-segregatora. Do skończenia całości pozostało więc bardzo niewiele pracy.

Precyzyjny termometr dwukanałowy AVT-2410 – opis

Układ jest zbudowany w oparciu o bardzo popularny niegdyś układ ICL7107 – przetwornik A/C, czyli woltomierz 3,5 cyfry, o maksymalnej wyświetlanej wartości 1999. Bliźniaczy do niego ICL7106 jest bardzo powszechnie stosowany w tanich multimetrach z wyświetlaczem LCD. Jako czujniki temperatury zostały wykorzystane przetworniki LM335 w trójelektrodowej obudowie TO92, które mierzą temperaturę bezwzględną, czyli w Kelvinach. Takie rozwiązanie pozwoliło na zastosowanie pojedynczego zasilania – układ nie musi mierzyć napięcia ujemnego – 0ºC to 273K czyli na wyściu LM335 pojawi się napięcie o wartości 2,73V. Czujniki mierzą temperaturę w zakresie -40…+100ºC. Przy zastosowaniu dodatkowych potencjometrów kalibracyjnych można uzyskać dokładność lepszą niż 0,5ºC w zakresie -30…+30ºC.

Wzmacniacz operacyjny LM358 wraz z LM385 tworzy precyzyjne źródło napięcia odniesienia i dostarcza wartości 2,73V oraz 3,73V, dzięki którym ICL7107 dokładnie mierzy temperaturę. Układ wymaga zasilania 5V i musi to być napięcie stabilizowane.

Poniższy rysunek przedstawia schemat układu:

Dokładny opis można znaleźć w internecie (plik pdf zawierający skan z miesięcznika Elektronika dla Wszystkich).

Montaż i uruchomienie termometru

Jak wspomniałem wcześniej, układ jest zbudowany w oparciu o dwustronną płytkę drukowaną, która posiada elementy po jednej jak i drugiej stronie, co wymaga zachowania odpowiedniej kolejności montażu. Prace należy rozpocząć od montażu podstawki DIL40 pod układ ICL7107 od strony lutowania, czyli tej:

Następnie trzeba wlutować taką samą podstawkę pod wyświetlacze LED od strony elementów, czyli tej:

Oryginalna płytka drukowana firmy AVT posiada stosowne oznaczenia. Inna kolejność uniemożliwi poprawny montaż innych części. Następnie można zacząć przylutowywać pozostałe elementy elektroniczne, zaczynając tradycyjnie od najmniejszych. Przełącznik kanałów zamontowałem na odcinku kabelka ze skrętki komputerowej, miałem akurat pod ręką pary z drutu, ale znacznie lepsza będzie miękka linka. Nie przewidywałem dodatkowych potencjometrów kalibracyjnych, więc czujniki mogłem podłączyć przy użyciu dwóch przewodów. Do tego celu wykorzystałem gniazda chinch na płytce drukowanej, którą wylutowałem z uszkodzonego tunera Echostar DSB-616 (więcej informacji: Mini płytka testowa AVR z odzysku). Całość z dołączonymi czujnikami wygląda tak:

Kalibracja układu jest prosta i polega na ustawieniu odpowiednich napięć, za pomocą potencjometrów wieloobrotowych bez podłączonych układów LM335. I tak kręcąc PR4 należy ustawić napięcie 3,7315V na 1 nóżce U2. Za pomocą potencjometru PR3 należy ustawić napięcie 2,7315V na nóżce 35 U1, lub 1000mV mierząc na nóżkach 35 i 36 układu ICL7107. UWAGA – korekta potencjometrem PR4 wymaga ponownego ustawienia napięcia za pomocą PR3.

Jeśli jest duża różnica wskazań między czujnikami LM335 mierzącymi tą samą temperaturę, można je dodatkowo skalibrować za pomocą potencjometrów PR1 i PR2 – pamiętać należy wtedy o trójprzewodowym podłączeniu przetworników temperatura-napięcie. W moim układzie równica była bardzo niewielka (około 0,2-0,3°C) więc zrezygnowałem z nich. Inne metody kalibracji (w mieszaninie wody z lodem o temp. 0°C) zostały dokładnie opisane we wspomnianym wcześniej pliku pdf ze skanem artykułu.

Filtr w kolorze wyświetlaczy (najczęściej czerwony lub zielony) znacząco poprawia widoczność cyfr, polepszając odczyt. Ilustruje to poniższe zdjęcie:

Podsumowanie

Dzisiaj urządzenie o podobnych parametrach można zbudować z wykorzystaniem mikrokontrolera i cyfrowego czujnika temperatury nie wymagającego kalibracji. Pewnie koszty będą niższe, płytka mniejsza i mniej elementów, ale warto też poznać termometr, który poprawnie działa mimo braku AVR’a na płytce ;). Miernik wykorzystałem do budowy panelu pomiarowego akumulatorowej instalacji 12V.