» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Январь, 2018 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (10) 2018

Автор: Акимова Анастасия Андреевна, Мухин Сергей Владимирович, студентка,студент
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Беспроводной модуль измерения температуры с помощью термопар К типа

Статья просмотрена: 508 раз

УДК 004.75

БЕСПРОВОДНОЙ МОДУЛЬ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОПАР «К» ТИПА

Акимова Анастасия Андреевна

Мухин Сергей Владимирович

студенты

Московский государственный технический университет им. Н.Э Баумана, г. Москва

 

Аннотация. Предложен вариант возможной реализации беспроводного модуля измерения температуры с помощью термопар «К» типа, построенного на базе микроконтроллера PIC16F1828, преобразователя сигнала термопар и радиомодуля NRF24L01+.

Ключевые слова. Модуль, микроконтроллер, температура.

 

Введение.  Измерение температуры на сегодняшний день является актуальной задачей для промышленности. Одним из самых распространенных методов измерения  температуры является измерение термоэлектрическим преобразователем (термопарой). К основным достоинствам термопар можно отнести широкий диапазон измеряемых температур, дешевизну и малую инерционность.

Описание разработки. Данная статья описывает разработку беспроводного модуля измерения температуры с помощью термопар «К» типа. Для решения данной задачи используется следующие основные компоненты:

·                    Микроконтроллер PIC16F1828.

·                     Преобразователь сигнала термопар K-типа МАХ6675.

·                    Стабилизатор напряжения AHS 1117.

·                    Радиомодуль на базе чипа NRF24L01+.

·                    4-разрядный 7-сегментны индикатор.

·                    Микросхема управления сегментными индикаторами MAX6950CEE.

Рисунок 1. Структурная схема модуля.

Основой модуля является восьмиразрядный микроконтроллер фирмы Microchip PIC16F1828, со следующими основными характеристиками:

·                    Максимальная тактовая частота: 32 МГц.

·                    Количество входов/выходов 17 и 1 вход.

·                    Объем памяти программ 7 кбайт.

·                    Объем RAM 256 байт.

·                    Объем EEPROM 256 байт.

·                    АЦП разрядностью 12 бит.

·                    Встроенные интерфейсы I2C, SPI, UART.

Данный микроконтроллер является связующим звеном между всеми компонентами устройства.

В его задачи входит:

·                    Работа по интерфейсу SPI с микросхемой MAX6675. Получение значений температуры от термопары.

·                    Контроль напряжения питания прибора с помощью встроенного АЦП.

·                    Работа по интерфейсу SPI с микросхемой MAX6950CEE. Выведение значений температуры на сегментные индикаторы.

·                    Работа по интерфейсу SPI с радиомодулем NRF24L01+. Обработка принятых радиомодулем сообщений и отправка значений температуры ведущему устройству и т.д.

Для работы с термопарой была выбрана специализированная микросхема для работы с термопарами «К» типа - MAX6675 от фирмы MAXIM. Диапазон температур с которым способна работать данная микросхема – от 0 °C до 1024 °C, а разрядность встроенного АЦП составляет 12 бит. Она необходима для оцифровки полученных значений от термопары и преобразования полученных значений напряжения в значения температуры. Далее, по интерфейсу SPI микроконтроллер получает и обрабатывает от нее данные.

Наличие радиомодуля в устройстве позволяет получать ведущему устройству измеренную температуру по радиоканалу. Микроконтроллер работает с радиомодулем по SPI интерфейсу. Кроме 4 линий SPI интерфейса (CSN, CLK, MISO, MOSI), с ним в работе задействованы линии IRQ и CE. IRQ – линия прерывания от радиомодуля, CE – линия установки режима передачи и приема сообщения.

Программное обеспечение микроконтроллера должно предусматривать конфигурацию модуля по радиоканалу. В список настраиваемых параметров должны входить:

·                    Рабочая частота радиомодуля.

·                    Адрес приемника и передатчика радиомодуля.

·                    Выходная мощность передатчика.

·                    Скорость передачи данных.

·                    Калибровочные коэффициенты напряжения питания.

·                    Яркость индикаторов.

Все данные доступные для настройки – должны записываться в энергонезависимую память EEPROM микроконтроллера.

В качестве устройства индикации используется 4-разрядный 7-сегментный индикатор. При изменении температуры микроконтроллер посылает обновленные данные о температуре на дисплей по интерфейсу SPI микросхеме MAX6950CEE, которая в свою очередь управляет четырьмя 7-сегментными индикаторами. На них выводится целое значение температуры от 0 °C до 1024 °C. Микросхема MAX6950CEE имеет аппаратную поддержку регулировки яркости свечения индикаторов.

Для расширения диапазона питания разрабатываемого устройства, применяется линейный стабилизатор AHS1117 3.3. Благодаря этому в качестве питания можно использовать источник постоянного напряжения от 4.75в до 12в.

Также модуль осуществляет контроль напряжения питания с помощью встроенного в микроконтроллер АЦП. Программное обеспечение должно предусматривать индикацию низкого или высокого напряжения питания - как специальной индикацией на сегментном индикаторе, так и в специальных регистрах памяти доступных для чтения по радиоканалу прибора. По мимо регистров с данными о напряжении питания, имеются регистры с калибровочными значениями питания,  с помощью которых производится преобразование кода АЦП в значение напряжения. Данный микроконтроллер имеет встроенный источник опорного напряжения АЦП, что упрощает схему прибора.

Заключение. Разработанный модуль может использоваться в широком спектре задач, начиная от стендов, где существует необходимость только визуального контроля температуры, до сложных систем, где необходимо одновременно контролировать значения температуры на нескольких объектах.

 



Список литературы:

  1. MAX6675 Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73692/MAXIM/MAX6675.html
  2. MAX6950CEE Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73731/MAXIM/MAX6950CEE.html
  3. PIC16F1828 Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/40001419F.pdf
  4. nRF24L01+ Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://datasheet4u.com/datasheet-pdf/Nordic/nRF24L01+/pdf.php?id=906332
  5. AHS 1117 3.3 Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/205691/ADMOS/AMS1117-3.3.html 3.html


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: