» 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
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:
- MAX6675 Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73692/MAXIM/MAX6675.html
- MAX6950CEE Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73731/MAXIM/MAX6950CEE.html
- PIC16F1828 Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/40001419F.pdf
- nRF24L01+ Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://datasheet4u.com/datasheet-pdf/Nordic/nRF24L01+/pdf.php?id=906332
- 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:
