Измерьте температуру термопары с помощью MAX31855 и PICAXE
Основы термопар
Существует несколько вариантов измерения температуры: термисторы, кремниевые устройства и датчики температуры сопротивления - всего три примера. Один из самых старых и простейших - термопары, а также устройство, используемое в этом проекте.
Термопара является просто соединением двух разнородных металлов и основана на том факте, что такой металлический переход создает напряжение, которое изменяется пропорционально температуре. Чем выше температура, тем выше будет напряжение. В Интернете полно описаний этого феномена, называемого эффектом «Воспитание», и поэтому здесь нет необходимости останавливаться на нем.
Важно, однако, то, что простота термопары - две прокладки, соединенные вместе - увеличивает ее удобство использования при высокотемпературных измерениях. Выбор металлов влияет на повышение температуры до коэффициента увеличения напряжения, и для создания термопар используется несколько различных комбинаций металлов, чтобы использовать эту характеристику. Типы термопары упоминаются с помощью букв алфавита для обозначения используемых комбинаций металлов. Одной из наиболее распространенных является термопары типа «К», которая является типом, используемым в этом проекте.
Существенной трудностью в использовании термопар является тот факт, что изменения напряжения очень малы и, следовательно, трудно правильно преобразовать в фактическую температуру. Кроме того, необходимо определить не только температуру среды, измеряемой термопарой, но и температуру окружающей среды в месте, где считывается напряжение. Существуют решения для обеих этих проблем, а некоторые из лучших решений основаны на специализированных интегральных схемах.
MAX31855
Интегральная схема MAX31855 является продуктом Maxim Integrated. Этот маленький жемчуг не только считывает напряжение из термопары, усиливает ее и выполняет аналого-цифровое преобразование, но также обеспечивает встроенную компенсацию холодного спая. К сожалению для многих любителей, MAX31855 доступен только как устройство для поверхностного монтажа (SMD) в пакете SOIC-8. В результате популярность модулей прорыва, таких как этот от Digi-Key и этого от Adafruit, высока. Стоимость такого модуля может быть немного для некоторых, и если это включает вас, есть еще один гораздо менее дорогостоящий вариант: купите чистый чип и припаяйте его к плате прорыва (также называемому преобразователем). Пример такой платы показан на фотографии ниже; щелкните по фотографии для увеличения изображения.
Как вы можете видеть, печатная плата предназначена для приема SOIC-8 SMD и расширения своих соединений с выводами штырьков в конфигурации DIP (двойной встроенный вывод).
Сборка прорези не сложна, если у вас есть приличный паяльник и умеренные (или лучшие) навыки. Убедитесь, что вы проверяете контакты штырьков на панели прорыва; многие сделаны так, как показано здесь, но ваши могут отличаться.
Вставьте два 4-контактных заголовка в паяльную макет, как показано на первом рисунке ниже; один заголовок должен располагаться с каждой стороны канала в центре макета. Затем поместите панель пробивки на заголовки, как показано на рисунке, и припаяйте все восемь штырьков заголовка к печатной плате. (Будьте осторожны, чтобы не накладывать слишком много тепла на ваш паяный макет, или еще лучше использовать старый, жертвенный макет.)
После того, как штырьки пайки припаиваются на место, сориентируйте ИС MAX31855, как показано на рисунке, и прикрепите припой одним контактом (только один) к плате прорыва; на фотографии внизу слева показан вывод 8 на MAX31855 в правильном месте. Проверьте свою работу и, если необходимо, переориентируйте IC; как только вы убедитесь, что каждый штифт выровнен к правильной площадке, припаяйте оставшиеся семь контактов. Ваша сборка должна выглядеть как фотография внизу справа.
Цепь
Схема для этого проекта не является сложной благодаря широким возможностям MAX31855 и использованию удивительного микроконтроллера PICAXE-08M2. В дополнение к этим двум интегральным схемам вам нужна схема программирования для PICAXE, соответствующей IDE, последовательного ЖК-дисплея и термопары типа K, аналогичной этой. Схематическая диаграмма показана ниже; нажмите на нее для большей версии. Кроме того, вам нужен фильтрованный и регулируемый источник питания 3, 3 В постоянного тока, такой как этот; в щепотке также будут использоваться две щелочные батареи с одной ячейкой.
Если вы используете модуль MAX31855, просто подключите фактические выводы IC, как показано выше, и он должен работать нормально.
Ассамблея
Для экспериментов и целей разработки рекомендуется использовать конструкцию на паяльной макете. Такая сборка показана ниже; обратите внимание, что цвета проводов на фотографии соответствуют обозначениям на схематическом чертеже, показанном выше. Как только вы удовлетворитесь дизайном и хотите что-то более постоянное, вы можете захотеть построить версию для перфорирования или создать печатную плату для схемы.
Код
Код для этого проекта воспроизводится ниже и доступен для скачивания. Хотя это хорошо прокомментировано, может быть полезно некоторое дополнительное объяснение.
- MAX31855 способен использовать связь SPI (последовательный периферийный интерфейс), но PICAXE-08M2 - нет. Тем не менее, можно использовать «бит-биение» для передачи данных с 31855 на 08M2. Такой способ измерения температуры зонда содержит линии с 36 по 41. В каждой из 16 итераций один бит последовательных данных переносится в PICAXE и сохраняется как переменная слова в местоположении w1. Аналогично, температура окружающей среды перемещается в строках с 43 по 48 и сохраняется в местоположении w0.
- Использование этих двух локальных переменных (w0 и w1) позволяет индивидуальный доступ к 16 битам в каждом слове. См. Строки 64, 72, 76 и 80 и стр. 10 в техническом описании MAX31855.
- Строки 50 и 51 используют логические сдвиги для удаления нежелательных битов перед отображением.
- Все команды serout отформатированы для использования последовательного интерфейса LCD117 для параллельного адаптера и 4-строчного 20-символьного ЖК-дисплея. Если вы используете другую настройку дисплея, вам необходимо соответствующим образом изменить код.
- Этот проект не требует, и код не поддерживает измерение отрицательных температур Celcius. Если температура ниже 0 ° C встречается термопарой или датчиком окружающей среды, отображается сообщение об ошибке, но никакого вреда не будет. См. Строки 53-57.
- MAX31855 также включает в себя способность обнаруживать, когда термопара отсоединена, закорочена на землю или закорочена на + V. Любое из трех условий неисправности приведет к соответствующему уведомлению на дисплее. См. Строки 69-87.
Код термопары
Дисплей
При запуске будет отображаться экран приветствия.
Как было описано выше, на ЖК-дисплее отобразятся как температура окружающей среды, так и температура зонда.
Если встречается температура ниже 0 ° C, отображается сообщение об ошибке. Кроме того, сообщения об ошибках будут отображаться в том случае, если термопары отсоединены, закорочены на землю или закорочены на + V. Попробуйте каждую ошибку, чтобы увидеть экран; никакого вреда не будет.
Что еще?
Хотя термопарный термометр интересен и потенциально полезен, вы можете подумать о том, чтобы превратить этот проект в термостат для вашей кухонной плиты, курильщика или духовки.
«Но подождите, - вы могли бы сказать:« Используются все входы / выходы PICAXE. Я не могу этого сделать ».
Не сдавайся так быстро. Вы можете перенести проект на PICAXE-14M2 или 20M2, или вы могли бы просто сделать pinC.0 из 08M2 двойным дежурством … если вы помните, как это сделать. (См. Примечание 2 на стр. 27 Руководства PICAXE 1.)
В будущем в будущем приключения PICAXE на AAC будут настроены!
Попробуйте этот проект сами! Получить спецификацию.