Termometr elektroniczny LED, usprytniony, według koncepcji użytkownika Zlodey z rosyjskiego forum vrtp.ru

Termometr elektroniczny LED, usprytniony,
według koncepcji użytkownika Zlodey
z rosyjskiego forum vrtp.ru (2014),
niniejsze wykonanie: Marcin Perliński (SP6MAJ), Dzierżoniów 2021  

 

zapasowy mirror z możliwością pobrania filmiku

 

Się nasz kuchenny hitlerowski alkoholowy termometr zaokienny firmy Fehrmann-Optik Zittau po ponad 85 latach działania trochę rozkalibrował, bo pokazuje już prawie 3 stopnie więcej i ciągle trzeba sobie w głowie toto trochę poodejmować, aby się skapnąć, jaka jest rzeczywista temperatura zewnętrzna, więc postanowiłem termometr elektroniczny zewnętrzny bezułamkowy, wielgachnocyfrowy, ładnie świecący, ale po ślepiach nocą nic a nic nie rażący oraz z gniazdka sieciowego na wieki wieków amen działający wykonać. Dodatkową motywacją był fakt, że Moja Mama do odczytania temperatury z tego starego adolfowca musiała każdorazowo sięgać po okulary.

Mikrokontroler Attiny2313 plus podstawka zwykła (nieprecyzyjna), czujnik temperatury DS18B20 (pinout U-MASA-DATA-PLUS), kwarc 4 MHz (tzw. niski), dwa kondziory ceramiczne 22 pF (można zapakować także 15 pF lub 18 pF), 8 oporników 470 Ω (już nawet 0.125 wata wystarczy),
1 opornik 10 kΩ, 1 opornik 4.7 kΩ, dioda 1N4148, wyświetlacz LED siedmiosegmentowy trzycyfrowy (multipleksowany) ze wspólną anodą 0.8 cala (współczesny, nowoczesny, skośnooki, low current, high bright), 7805 oraz garść pomniejszej drobnicy, tudzież zasilacz wtyczkowy 9 V 500 mA (trochę przewymiarowany amperażowo, bo termometr niniejszy nie pobiera średnio więcej niż 30...40 mA).

Układ normalny ludzki i bezułamkowy, bo przy pomiarze temperatury zewnętrznej to zazwyczaj zawracanie głowy by było tymi całymi aptekarsko dokładnymi miejscami po przecinku,
ale za to sprytnie zaokrąglający wynik w górę (dziesiąte ułamka 0.6 do 0.9 °C) lub w dół (dla dziesiątych ułamka 0.1 do 0.5 °C). Jeśli kable czujnika nie podpięte, to wyświetla trzy poziome kreski. Jeżeli jest zwarcie/woda w kablu lub panuje jakiś nieprzewidziany i gigantyczny poziom zakłóceń na linii transmisyjnej prowadzącej do czujnika, to wyświetli napis „crc” (= błąd sumy kontrolnej). Po włączeniu na sekundę zaświecają się wszystkie segmenty wyświetlacza, co pozwala na jego pełne przetestowanie. Zakres mierzonych temperatur to – 50 do +125 °C. Autorem konceptu oraz softu jest użytkownik Zlodey z rosyjskiego forum vrtp.ru („Термометр на ATTINY2313+DS18B20 доработанный”) – adres wątku jest taki oto: 

https://vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=3515
 

Można tamże wykopać także i inne wsady *.hex dla kwarców o innych popularnych częstotliwościach taktowania, wszelkie ustawienia bitów konfiguracji, tzw. fusebitów, a także adekwatne alternatywne wsady dla wyświetlacza ze wspólną katodą oraz wszelkie możliwe kody źródłowe). Wielki szacun dla tego osobnika, bo chłopisko łeb ewidentnie ma na karku.

Urządzenie niniejsze działa już od ponad 5 miesięcy bardzo ładnie, dobrze i bezproblemowo. DS18B20 proponuję kupić raczej oryginalny lub naprawdę bardzo perfekcyjnie i rzetelnie podrobiony (takie porządniejsze oryginalne lub zbliżone do oryginału oraz z gwarantowaną pełną obsługą tzw. trybu pasożytniczego na Allegro są obecnie w cenie niestety aż do 12 zł za sztukę).

Wsad (*.hex) do proca (wariant dla kwarcu 4 MHz oraz dla wyświetlacza ze wspólną anodą) ...

https://disk.yandex.com/d/hRmXqonXOnzxaA

... wgrałem na starożytnym kompie z portem LPT programatorem ISP, zrobionym zaledwie z kilku elementów. Soft wgrywający to PonyProg 2000, a fusebity ustawiłem dokładnie takie oto: 

 

skrinszotek: Marcin Perliński, zapasowy mirror

Całą procedurę przeprowadziłem według instrukcji dostępnej pod następującym adresem:

http://danyk.cz/avr_prog_en.html (pobierz jako zapasowy mirror PDF) 

Po wgraniu wsadu i ustawieniu fusów może się zdarzyć (choć nie musi), że komp/programator już nie zechce nigdy więcej zobaczyć akurat tego zaprogramowanego właśnie przed momentem proca, ale mało mnie to obchodzi, bo proc wsadzony do termometru działa normalnie i tak, jak Pan Bóg przykazał, więc nie ma o co płakać.

schemat: Zlodey (na rosyjskim forum vrtp.ru), zapasowy mirror

zasilacz, rysunek: Marcin Perliński, zapasowy mirror

Układ wykonałem na plastikowej karcie „Payback” z Kauflandu, w której szydłem wyprałem wszystkie potrzebne otwory. Zasilanie poprzez złącze ARK, czujnik na kostce żyrandolowej
(bo akurat skończyły się mi złącza ARK). Od siebie dodałem jeszcze prosty układ zasilający
na 7805 (kondzior 100n MKSE przed i jeszcze raz 100n MKSE plus elektrolit 47 µF na 25V
po nim; dokooptowałem także na kablu plusowym jeszcze jedną diodę 1N4007 zaraz za złączem ARK, ale jeszcze przed układem stabilizacji napięcia). Połączenia na tak zaimprowizowanej płytce wykonywałem cienkim emaliowanym drutem transformatorowym o grubości/średnicy około 0.25 mm. Miejsca, gdzie druciki się krzyżowały, „dla pełnej spokojności” zabezpieczyłem diorowskimi koszulkami igelitowymi, ukradzionymi (w celach naukowych, oczywiście) jeszcze w klasie przedmaturalnej (około 1990 roku) naszemu profesorowi od ZPT, szanownemu Panu Jerzemu Fydrychowi. Obudowa to plastikowe opakowanie na kasetę magnetofonową, w której pilniczkiem wykonałem przepusty kablowe. Do obudowy tejże dokleiłem żelem sekundowym jeszcze jedną kartę „Payback”, dzięki czemu bardzo ładnie dało się to zatknąć za osłonę/maskownicę gniazda sieciowego, na którym termometr de facto sobie stoi i z którego (poprzez zasilacz „wtyczkowy”) jest zasilany.

Uwagi końcowe:

1. Se kup dobry (= działający) czujnik temperatury i naprawdę bardzo, bardzo, bardzo dobrze
go zabezpiecz przed wpływami atmosferycznymi! Oszczędność/taniość tu akurat nie zawsze popłaca. No i nerwów trochę szkoda. A może rozważysz nawet zakup czujnika od razu wodoodpornie fabrycznie zakapsułkowanego i z gotowym kablem przyłączeniowym o żądanej długości, gdyż jeśli Twój dom nie ma konkretnego długiego okapu dachowego, to zacinający deszcz prędzej czy później dostanie się do czujnika i termometr (przynajmniej na jakiś czas) przestanie działać.

2. Wyświetlacz musi być współczesny low current. Układ nie korzysta z dodatkowych tranzystorów kluczujących, a wydajność prądową uzyskuje poprzez bardzo sprytne szybkie przełączanie połączonych równolegle portów mikrokontrolera. Jeśli masz w domu jakieś archaiczne wyświetlacze siedmiosegmentowe LED, np. z lat osiemdziesiątych czy też wczesnych dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia, to nie będą się one do tego celu nadawały (ponieważ musiałbyś przerabiać układ dodając, dla wyświetlacza ze wspólną anodą oczywiście, trzy tranzystory kluczujące PNP wraz z odpowiednim zapleczem rezystorowym). Model użytego przeze mnie wyświetlacza to 8031BG-1 firmy G-NOR (BG-1 to właściwie według katalogu powinien być kolor zielony, ale może się tam jakiemuś Chińczykowi pod Pekinem po pijaku maszyna znakująca obudowy źle ustawiła i z rozpędu pojechał tymże kodem po czerwonych, bo ja zakupiłem akurat wariant czerwony).

Mała ściąga montażowa dla podłączających wyświetlacz LED do mikrokontrolera: 

 

 zapasowy mirror

źródło: przykładowy producent podobnego wyświetlacza, zapasowy mirror

3. Oporniki odpowiadają za jasność: 470 Ω to wartość optymalna do naszej (bardzo ciemnej) kuchni, do której słońce prawie wcale bezpośrednio nie zagląda, bo okno jest od północnego wschodu. Można sięgnąć także po 430 Ω (zaświeci jaśniej) lub 390 Ω (najjaśniej).

4. Zrobienie fachowej płytki drukowanej będzie zawsze kulturalniejsze i niezawodniejsze niż moja budżetowa januszowsko-druciarska papranina (no i ewentualna naprawa/ogarnięcie mózgiem czegoś takiego będzie duuuużo prostsze i wygodniejsze).

5. Podstawka proca u mnie jest nieprecyzyjna, ale nieco droższa precyzyjna byłaby chyba jeszcze lepsza, bo bardziej niezawodna (= nie zastrajkuje po iluś tam latach działania/kontaktowania).

6. Proca programuj raczej już na współczesnym kompie ze złączem USB. Niedrogi programator USBasp kosztuje mniej więcej tyle, co paczka fajek. Softu możesz do tego używać różnego
(w Internecie znajdziesz mnóstwo różnych podpowiedzi dotyczących tego zagadnienia). Gdybym posiadał programator przez USB (bo akurat nie mam), to najprawdopodobniej używałbym AVRDude wraz z javową nakładką graficzną Burn-O-Matic (na windach AVRDude wymaga jeszcze wgrania sterowników do programatora USBasp, a sam komputer musi mieć jeszcze zainstalowane środowisko uruchomieniowe JRE, bo bez niego Burn-O-Matic nie ruszy).

7. Jeśli posiadasz klasyczny analogowy alkoholowy czy bimetaliczny termometr zaokienny, to go pod żadnym pozorem nie demontuj, a jeśli nie masz żadnego „starodawnego” termometru, to go sobie koniecznie dokup za kilka złotych i zamontuj. Jeśli zabraknie prądu, to nadal będziesz wiedział, jaka jest temperatura. Pamiętaj, aby termometr czy czujnik termometru elektronicznego montować w miejscu zacienionym. Optymalna wysokość pomiarowa to 2 ... 2.5 metra nad poziomem gruntu, bo mniej więcej na takich wysokościach pomiarów dokonują instytuty meteorologiczne (i to właśnie dlatego do budek meteorologicznych prowadzą niewielkie schodki lub krótka drabinka).

8. Dioda 1N4148 jest bezwzględnie obowiązkowa, ponieważ nie tylko zabezpiecza układ przed odwrotnym podłączeniem biegunów zasilania, ale i generuje odpowiedni spadek napięcia, poprawiający warunki pracy czujnika temperatury. Bez tej diodki DS18B20, zwłaszcza taki nieoryginalny, może nie działać lub się nawet natychmiast uszkodzić.

9. Zasilanie to stabilizowane 5V. Specjalnie na tę okazję zmajstrowałem prosty zasilacz/regulator na 7805. Celowo nie użyłem bardziej miniaturowego 78L05, aby mieć spokojniejsze i kulturalniejsze odprowadzanie (i tak bardzo symbolicznych) ilości ciepła. Stabilizatora intencjonalnie nie doginałem całkowicie do płytki, aby powietrze mogło go spokojnie opływać ze wszystkich stron i również ze swoistą premedytacją zostawiłem niewielką szparkę w obudowie w postaci minimalnego niedomknięcia górnej podłużnej szczeliny pudełka po kasecie. I faktycznie – układ jest co najwyżej „letniawy” i mimo różnych kuchennych rewolucji w postaci nierzadko bardzo obficie buchających wyziewów z gotujących się garnków nigdy nie zaparowuje. Ponieważ przed moim stabilizatorem znajduje się jeszcze jedna (= czyli sumarycznie już druga) dioda zabezpieczająca przed odwrotnym podłączeniem biegunów zasilania (1N4007), udało się uzyskać jeszcze jeden punkt łagodnego spadku napięcia i odprowadzania ciepła, a zakres napięć, które należy doprowadzić do złącza ARK, wynosi od 8 do 12 V, względnie nieznacznie powyżej (można zasilać napięciem stałym niestabilizowanym lub stabilizowanym z dowolnego wtyczkowego/innego zasilacza transformatorowego). Zdecydowanie jednakże odradzam sięganie po współczesne budżetowe skośnookie zasilacze impulsowe (np. tanie i beznadziejnie ofiltrowane oraz rażąco nie spełniające jakichkolwiek norm przeciwzakłóceniowych ładowarki od aktualnie produkowanych telefonów komórkowych itd. itp.).

Oto paczuszka zbiorcza z wszystkimi potrzebnymi materiałami (źródła, wsady, fusy, schematy, dejtaszity, zdjęcia, filmik):

https://disk.yandex.com/d/O5GKKXpsVOiSsA

 

Zachęcam do samodzielnego wykonania i życzę pożytecznego użytkowania.

(Marcin Perliński)

Źródło prądowe w akcji, czyli ultraprosta uniwersalna jednotranzystorowa ładowarka (także większych) akumulatorków NiCD/NiMH

A pierwszego maja (kiedy sklepy akurat zamknięte) zachciało się masywniejsze nieco dwa akumulatorki NiMH kalibru R14, czyli rozmiar C (2 x 4000 mAh) naładować, a tu w domu tylko trzydziestoletnia ładowarka adolfowa, podająca maksymalnie 120 mA na akumulatorek, a producent ogniw zaleca prąd rzędu maksymalnie 800 mA przez 7 godzin. No i pogrzebałem w rupieciach/wylutach, odkurzyłem dawny schemat, dokopałem się do mechanicznie bardziej „pancernego” tranzystora niż zalecany przez projektanta układu BD135, by se tak na szybko zrobić działające oraz trochę przewymiarowane ustrojstwo (w razie potrzeby można jeszcze trochę/znaczniej zwiększyć prąd ładowania, np. dla NiMH kalibru R20, tzn. typ D, na zasadzie podmiany opornika RX na jeszcze mniejszy omowo i bardziej mocarny watowo). Cena ładowarki oscyluje w okolicach zera złotych, bo 99% elementów miałem za „całkowite darmo” (jedynie dwie kosteczki żyrandolowe i kawałeczek cyny oraz kapka kalafonii pokosztowałyby tyle, co kot napłakał).

źródło pierwotne: electrocircuits.com, zapasowy mirror

 

źródło pierwotne: electrocircuits.com, poprawki: Marcin Perliński, zapasowy mirror

 

 

 

wyjanuszowanie oraz zdjątko: Marcin Perliński, zapasowy mirror

 

Aha, diodka LED na zdjęciu ma taką jakby uczernioną bańkę, bo to jest typ "clear" i światło oraz okoliczne czarne przedmioty tak właśnie przez nią prześwitują. :)  To też ciekawe zjawisko fizyczne... 

Tranzystor dałem MJE13003 z pinoutem BCE (półtoraamperowy wariant w obudowie TO-220, wkładka radiatorowa połączona z kolektorem), wydłubany z jakiejś dawnej masywniejszej świetlówki kompaktowej, opornik w bazie stuomowy (jednowatowiec), opornik ograniczający 2.2 Ω (dwuwatowy). Diodę LED dałem akurat zieloną (= zaświeca się dopiero w momencie, w którym podłączamy akumulatorek/akumulatorki i zaczyna do nich płynąć nominalny amperaż). Karmię to stabilizowanymi 12 woltami (równe 12.0 V z zasilacza jednoamperowego), dlatego diodę prostowniczą (na schemacie jako 1N4001) dałem w szereg jako dwie sztuki 1N4007 jedna za drugą (bo ładuję dwa akumulatorki NiMH 4000 mAh w kalibrze R14 połączone szeregowo, a tabelka sugeruję maksymalnie napięcie wejściowe na poziomie 11V). Warto także rozważyć dodanie jeszcze jednej, tzn. trzeciej, diody do szeregu (każda obniża napięcie wejściowe o około 0.66 wolta). Prąd zwarciowy 0.8 A, prąd nominalny (ładujący) podawany do akumulatorków to równiutkie 0.6 A, napięcie jałowe na zaciskach wyjściowych nieobciążonej ładowarki to 10.8 V, napięcie typowe końcowe przy obciążeniu wyjścia ładowarki akumulatorkami ma (pomału/w trakcie procesu ładowania) dojść/wzrosnąć do 2.9 V (czyli do idealnie regulaminowych podręcznikowych 1.45 V na jeden akumulatorek) i wtedy już MUSIMY odłączyć się od ładowarki, bo ogniwa są w pełni naładowane, a przeładowywanie, jak wiadomo, jest niestety bardzo niewskazane. Tranzystor jest „zaradiatorowany” na stalowej blaszce/płytce (6 x 6 cm), czyli dociążaczu dawnych inpostowych przesyłek kopertowych.

Układ NIE MA PEŁNEJ AUTOMATYKI, więc przy ładowaniu prądem np. 1/10C powinniśmy akumulatorki odłączyć od ładowarki po około 14 godzinach (w moim przypadku 4000 mAh / 600 mA =  6.66 x 1.4 = 9 godzin z małym hakiem). Obowiązuje zatem zasada, że ładujemy „do pełna” plus jeszcze 40% „na dokładkę” (dlatego w przedstawionym przykładzie obliczenia mnożyliśmy przez współczynnik 1.4; niektóre współczesne źródła zezwalają nawet na współczynniki rzędu 1.5 czy 1.6). Zasada ta dotyczy oczywiście ogniwa całkowicie rozładowanego, a więc takiego, na którym możemy zmierzyć około 1V lub nieznacznie poniżej (czyli około 2V dla dwóch akumulatorków połączonych szeregowo).

Przetestowałem również na akumulatorze samochodowym oraz na prostowniku do ładowania akumulatorów (takim dawnym „besterowskim” transformatorowym czteroamperowcu), jednakże przed podłączeniem dokoptowałem do szeregu diodowego jeszcze dwie sztuki 1N4007 (bo akumulator samochodowy/klasyczny prostownik transformatorowy podaje trochę więcej napięcia niż zalecane dla dwóch połączonych szeregowo ogniw NiMH „tabelkowe” 11V). Piękne źródło prądowe wyszło, które zawsze niezawodnie ogranicza np. do zadanych 600 mA. No i wskaźnik realnego fizycznego nominalnego przepływu amperażu także mamy, bo diodka LED świeci, kiedy ogniwa „piją sobie” np. 600 mA z ładowarki (a przy 300 mA się już nie zaświeci, bo to poniżej nominału, choć urządzonko niniejsze energię oczywiście na wyjściu jak najbardziej nadal podawać raczy). 

Wysepki izolacyjne na blasze radiatorzyska to kauflandowa karta "Payback" pocięta i przyklejona dziesięciominutowym klejem epoksydowym. Tranzystor oraz kostki żyrandolowe przykręcone porządnymi śrubiskami. Napis "OUT" zrobiony wodoodpornym pisakiem plus zabezpieczony przed  starciem poprzez naklejenie taśmy klejącej. Kabliska wszystkie grube, lutowane z dość sporą dodatkową dozą kalafonii. 

I tym sposobem zamiast ładować prawie 50 godzin problem ogarnąłem cyklem dziewięciogodzinnym. I moje radyjko na BK1068 znowu pięknie zasuwa (dokonałem w nim jednakże kilku modyfikacji, aby głośniej grało przy zastosowaniu nieco niższego napięcia zasilającego z uwagi na użycie ogniw NiMH zamiast typowych jednorazowych alkalicznych R14), a także dodałem dedykowane złącze ładowania, dzięki któremu nie muszę rozbierać odbiornika w celu naładowania akumulatorków.

Przypominam, że kolektor tranzystora jest galwanicznie połączony z wkładką radiatorową, a ta jest przecież przykręcona do blaszyska/radiatorzyska, więc minus wyjściowy (= ten doprowadzany do ładowanych akumulatorków) także tam się znajduje, więc musimy to uwzględnić w ramach montażu/odizolowywania poszczególnych komponentów oraz samego użytkowania układu. 

Wskazówki bezpieczeństwa! Nie ma układów całkowicie bezpiecznych! Już nawet kilkadziesiąt miliamperów (np. ze zwykłej bateryjki dziewięciowoltowej) może stopić cieniutki „włoskowaty” druciczek i przy sporej dozie pecha wywołać pożar, a co dopiero mówić o setkach miliamperów! Podłączanie się do akumulatora samochodowego bez stosownego bezpiecznika w przypadku zwarcia (np. na wejściu ładowarki) to już ewidentny huk, błysk, trzask, gorąc, ogień, smród i nawet „łapów poparzenie” wpalającym się w nie gorejącym kablem! Akumulator samochodowy jest w stanie „rzygnąć” setkami amperów (bo po to został wymyślony, aby obracać potężnie energożernym rozrusznikiem). Wszystko zatem robisz na własną odpowiedzialność! Jeśli masz wątpliwości, to pytaj elektryka z uprawnieniami i KONIECZNIE pokaż mu ten układ przed użytkowaniem! Nie przeładowuj akumulatorków i nie zostawiaj działającego układu bez nadzoru (jeśli już musisz na chwilę wyjść z domu, to połóż wszystko na jakimś betonie, tarasie, kafelkach, posadzce lub chociażby wsadź np. do emaliowanego wiadra/gara, umieść na emaliowanej blasze do pieczenia, w ceramicznej makutrze, donicy itd. itp.). Układ niniejszy warto zabezpieczyć na wejściu stosownym bezpiecznikiem topikowym (np. jednoamperowym).

(Marcin Perliński)