Термометр-термостат на ATtiny45

Вынесенную в заголовок особенность этого прибора — отсутствие датчика температуры — не следует понимать буквально.  Датчик, конечно же, есть, но он встроен в МК и измеряет температуру его кристалла. Так как потребляемая мощность очень мала, эта температура почти не отличается от температуры окружающего прибор воздуха.

Прибор предназначен для измерения температуры воздуха в помещении. Яркость его светодиодного индикатора — регулируемая девятью ступенями. Для экономии энергии батареи питания индикатор можно отключить полностью.

При выходе температуры за заданные пределы термометр способен подавать сигнал включения и выключения внешнего обогревателя или другой нагрузки. По нажатию кнопки все установки термометра сохраняются в энергонезависимой памяти МК и автоматически восстанавливаются при включении питания.

Рисунок 1

Схема термометра представлена на рисунке 1. Его главный элемент — восьмиразрядный микроконтроллер RISC архитектуры АТinу45, настроенный на работу с тактовой частотой 1 МГц от внутреннего генератора. В МК имеется термодатчик, предназначенный для измерения температуры кристалла работающей микросхемы в пределах -40...+85 "С. Таким образом, чувствительным к температуре элементом служит сам МК. Точность измерения вполне достаточна для бытового прибора.

Измерение температуры производится через каждые 2 с. Такой темп выбран для устранения мерцания индикаторов HG1—HG4 при слишком быстрой смене показаний. Для удобства восприятия при резком изменении температуры, например, от 5 до 12 °С, показания прибора не изменятся сразу на 7 °С, а будут увеличиваться на 1 °С каждые 2 с, пока не достигнут 12 °С. При включении исправного термометра в сеть при температуре в комнате 24 °С индикатор покажет О °С и только через 48 с — 24 °С.

Для связи МК с индикатором применены три восьмиразрядных сдвиговых регистра DD2—DD4 74HC595D (в корпусе для поверхностного монтажа), соединенных в один 24-разрядный регистр. Паразитная подсветка индикатора во время загрузки информации в регистр устраняется тем, что сигнал, подаваемый на ввод 12 микросхем DD2—DD4 для перезаписи информации из их входных регистров в выходные, МК формирует только по окончании загрузки всех 24-х разрядов. В результате обновление кода на всех элементах индикаторов HG1—HG4 происходит одновременно.

Вывод 13 (включение выходов) микросхем DD2—DD4 использован для изменения яркости свечения индикаторов HG1—HG4 путем широтно-импульсного управления. Цепи R7C9 и R11C13 необходимы для установки соответственно МК DD1 и регистров DD2—DD4 в начальное состояние при включении питания.

Кнопки SB1—SB3 подключены к МК таким образом, что при нажатии на них напряжение на входе встроенного в МК АЦП (выводе 2 DDI) принимает разные значения. Анализируя результаты работы АЦП, программа решает, какая кнопка нажата.

Узел на транзисторе VT1 по сигналу, формируемому на выводе 15 регистра DD3, управляет нагревателем или другой нагрузкой, цепь управления которой подключена к гнезду Х2. Чтобы работа этого узла не зависела от скважности импульсов на выходе регистра, изменяющейся в зависимости от установленной яркости индикатора, в цепи базы транзистора VT1 предусмотрен сглаживающий конденсатор С1.

Светодиод зеленого цвета свечения HL2 сигнализирует о подаче сигнала включения нагревателя, резисторы R2 и R3 защищают прибор от замыканий в соединительных проводах.
После включения термометра нужно кнопками SB2 "+" и SB3 "-" установить желаемую яркость индикаторов HG1— HG4. В режиме измерения текущей температуры нажатиями на кнопку SB1 индикатор включают и выключают. Эта же кнопка служит для запоминания установленного уровня яркости в энергонезависимой памяти МК. Запись происходит при каждом нажатии на нее. Если после изменения яркости нажатий на кнопку SB1 не было, при выключении и новом включении термометра новое значение будет утеряно.

Если удерживать кнопку SB3 нажатой более 5 с, прибор переходит в режим установки значения температуры Tmin, при этом значении и более низком нагреватель будет включен. На индикаторе появится установленное ранее значение с цифрой 0 в разряде десятых долей градуса. Его можно изменять нажатиями на кнопки SB2 и SB3 в пределах от -99 до +99 °С с шагом 1 °С. При нажатии на кнопку SB1 происходит запись нового значения Тmin в энергонезависимую память МК, а затем переход в режим измерения текущей температуры, в котором в младшем разряде индикатора выводится знак градуса (°). Аналогичным образом, но начиная с длительного нажатия на кнопку SB2, устанавливают значение температуры Тmax. При ней и более высоком значении нагреватель будет выключен.

Если установлены равные значения Tmin и Тmах или Tmin больше Тmах, управление нагревателем отключено. Чтобы включить его, достаточно задать Tmin меньше Тmах . Состояние индикатора (включен или выключен) на режим управления нагревателем не влияет.

Вновь изготовленный термометр следует откалибровать по эталонному термометру. Прежде чем приступать к калибровке, эти приборы нужно расположить как можно ближе один к другому и выдержать в таком положении 5... 10 мин. Далее следует нажать на кнопку SB3 и удерживать ее более 5 с нажатой. Затем с помощью кнопок SB2 и SB3 устанавливают на индикаторе значение температуры, измеренное образцовым термометром. После нажатия на кнопку SB3 МК вычислит поправочный коэффициент, сохранит его в энергонезависимой памяти и перейдет в режим измерения текущей температуры.

Все устройство потребляет от внешнего стабилизированного источника напряжения 5 В ток 20... 120 мА в зависимости от установленной яркости индикаторов.

При желании можно исключить из термометра индикатор HG4 и микросхему DD4, которые используются только для отображения служебных символов (знака градуса в основном режиме и нуля при установке температурных порогов и калибровке). Если температуру ниже нуля измерять не предполагается, можно исключить и индикатор HG1, отображающий знак минус.

Можно еще более упростить прибор, отказавшись от узла на транзисторе VT1, управляющего нагревателем, и от кнопок SB1—SB3. В этом случае прибор будет только измерять температуру в помещении. Для его первоначальной калибровки кнопки и связанные с ними резисторы можно подключить по временной схеме.

После года успешной эксплуатации первого экземпляра термометра автор повторил его несколько раз. Никаких сложностей и сбоев в работе выявлено не было.

Источник: Радио №8, 2008 г., автор В. Гезенко, Днепропетровск, Украина.