Сегодня в литературе можно найти много описаний конструкций часов-термометров, которые в подавляющем большинстве отображают информацию на ЖКИ, что даёт им такие преимущества, как компактность и экономичность. Но есть и недостатки. Например, небольшая высота знака и контрастность изображения на ЖКИ не позволяет прочитать показания с большого расстояния или в тёмное время суток. Предлагаемые в статье настенные часы - термометр оснащены яркими светодиодными индикаторами жёлтого цвета свечения с высотой знака 57мм.Конструкция опубликована в журнале "Радио" №12, 2008 год

Часы — термометр (далее — просто часы) выполнены на базе микроконтроллера PIC16F628A. В зависимости от загруженной в него программы они работают с датчиком температуры DS18B20 и DS18S20, который может быть размещён не только в комнате, но и за окном или на балконе.

Особенность применения в часах индикатора SA23-11YWA с большим размером знака заключается в том, что в его элементах установлено по четыре светодиода, суммарное падение напряжения на которых достигает 8 В. Это не позволяет соединять индикатор непосредственно с выводами МК, питаемого напряжением 5 В. Пришлось предусмотреть узлы сопряжения, применив в них логические микросхемы с открытым коллектором, способные коммутировать напряжение до 30 В.

Часы выполняют следующие функции:
- отображают время в 24-часовом формате с погрешностью не более 1 с в сутки;
- отображают с дискретностью 1 гр. Цельсия температуру в интервале от -55 до +125 гр. Цельсия, измеренную выносным датчиком;
- каждые 3 с автоматически переходят от отображения времени к отображению температуры и обратно. Возможно постоянное отображение величины, выбранной пользователем;
- в заданное время подают звуковой сигнал (будильник), если он включен.
Предусмотрена ручная установка часов и минут, коррекция показаний по сигналам точного времени.

Часы питаются от любого источника постоянного напряжения 12 В, потребляя ток не более 200 мА. В случае отключения этого источника светодиодный индикатор гаснет, но отсчёт времени не прерывается, так как питание тактового генератора и микроконтроллера продолжается от резервного источника — литиевого элемента напряжением 3В.

   Для повышения точности хода МК DD3 тактируется от внешнего интегрального кварцевого генератора DD2 частотой 4 МГц. Сигналы с выходов RB4-RB7 МК поступают на преобразователь двоично-десятичного кода в семиэлементный — микросхему DD4. Логический повторитель DD1.3 в нужные моменты времени включает на индикаторе HG4 элемент А, дополняющий включенные преобразователем DD4 элементы B, F и G до символа «градус». Повторитель DD1.4 включает элемент G индикатора HG1, когда на нём нужно изобразить знак «минус». 
   Повторители DD1.1, DD1.2,DD1.5, DD1.6 по сигналам МК управляют транзисторами VT1, VT2, VT4, VT5, поочерёдно подключающими аноды индикаторов HG1-HG4 к цепи +12 В. Транзистор VT3 формирует сигнал, подаваемый на звукоизлучатель с встроенным генератором НА1 при срабатывании будильника.В программе МК задействованы два таймера — счётчика — TMR0 и TMR1. Первый служит для управления динамической индикацией, второй — для формирования точного интервала времени длительностью 1 с. С таким периодом следуют запросы прерывания при переполнении таймера TMR1, подсчитывающего импульсы с частотой Fosc/4 (1 МГц) с предделителем на 4. Подбором конденсатора в регистре TMR1L можно устранить возможную погрешность хода часов.

Сразу после включения питания на индикаторы HG1-HG4 выводятся нули, начинается счёт времени и мигает светодиод HL2 — нижняя точка, разделяющая разряды часов и минут. Если кнопка SB1 не нажата через 3 с вместо времени на индикаторах будет показано значение температуры, измеренное подключенным к разъёму ХР2 выносным датчиком. Номера контактов разъёма соответствуют номерам выводов датчиков DS18B20 и DS18S20. Если датчик не подключен, неисправен или ещё не успел выполнить измерение (так бывает сразу после включения), на индикаторе появится значение 85гр.Цельсия. Ещё через 3 с вновь будет показано время и т.д.

Кнопкой SB4 «Часы» при необходимости устанавливают соответствующие точному времени число часов, а кнопкой SB5 «Минуты» - минут. Нажатие на кнопку SB6 «Коррекция» приостанавливает счёт времени и выводит на индикатор ноль минут. С момента отпускания этой кнопки (обычно по началу шестого сигнала точного времени) счёт времени возобновляется.

При нажатии на кнопку SB3 «Установка будильника» на индикатор выводится значение 07:00, но счёт микроконтроллером текущего времени продолжается. Удерживая кнопку SB3 нажатой, кнопками SB4 и SB5 устанавливают на индикаторе необходимое время подачи звукового сигнала. После отпускания кнопки SB3 часы переходят в обычный режим, показывая текущее время и температуру.
Когда текущее время совпадает с заданным, на выходе RB2 МК на 1 мин будет установлен низкий уровень напряжения, что приведёт к открыванию транзистора VT3 и если кнопка SB2 «Включение будильника» зафиксирована в нажатом состоянии, включению звукоизлучателя НА1. Эта же кнопка, будучи нажатой, замыкает цепь светодиода HL1- верхней точки, разделяющей на индикаторе разряды часов и минут. Поочерёдное мигание верхней и нижней (HL2) разделительных точек сигнализирует о том, что будильник включён. Для его выключения достаточно повторным нажатием на кнопку SB2 разомкнуть её контакты.
Нажатие на кнопку SB1 «Режим» и её фиксация в этом состоянии переводит часы в режим постоянного отображения текущего значения той величины, которая была выведена на индикатор в момент нажатия — времени (фото1) или температуры (фото2). С размыканием контактов кнопки периодическая смена отображаемой величины возобновляется.

Конструкция и детали

Детали часов смонтированы на двух печатных платах размерами 205х110 мм каждая, изготовленными из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Плата, на которой находятся индикаторы и кнопки управления, изображена на рис.2. Она рассчитана на установку кнопок SB1 и SB2 (c фиксацией) PC700L и кнопок SB3-SB5 (без фиксации) TS-A6PS-130. Под кнопки других типов платы придётся, возможно, изменить. Поскольку ширина зазора между корпусами индикаторов HG2 и HG3 всего 2 мм, толщину корпусов расположенных между ними светодиодов HL1 и HL2 возможно, придётся уменьшить, обработав их напильником.
Остальные детали часов находятся на плате, изображенной на рис.3. Литиевый элемент CR2032 (G1)помещён в батарейный отсек ВН-642. Плавкую вставку FU1 для удобства замены можно установить в держатель, поместив его в подходящем месте и соединив с контактными площадками платы проводами. Если используемый для питания часов блок уже содержит предохранитель, от вставки FU1 можно отказаться, заменив её проволочной перемычкой.

Обе платы собраны «этажеркой», помещены в корпус — прозрачную коробку от подарочного столового набора и закреплены в нём термоклеем. Изнутри коробка окрашена тёмной краской, за исключением прямоугольного участка перед индикаторами, на лицевую поверхность которых для повышения контрастности наклеена прозрачная плёнка зелёного цвета. Толкатели кнопок SB1-SB6 выведены в отверстия, просверленные в передней панели корпуса. Через просверленные в в корпусе отверстия подключают и ответные части к установленным на краю печатной платы разъёмами ХР1, ХР2.

Правильно собранное устройство налаживания не требует. Необходимо лишь до монтажа МК на плату записать в его память программу, соответствующую типу используемого датчика температуры.

Коды программы для датчика DS 18B20 находятся в файле c_t_b.hex, а для датчика DS18S20- в файле c_t_s.hex. Датчик DS18B20 можно заменить более дешёвым аналогом DS1822, однако последний измеряет температуру с погрешностью, доходящей до 2 гр.Цельсия, а за пределами интервала -10+85 его погрешность ещё больше. При установке датчика на улице советую воспользоваться рекомендациями, приведёнными в моей статье «Часы -термометр» (Радио, 2003, №10, с.39-41).

Микросхему К555ИД18 можно заменить импортным аналогом SN74LS247, а импортную SN74LS07N — отечественным аналогом К155ЛП9, но в последнем случае придётся подобрать резисторы R25-R27, иначе при нажатии на кнопки будут подсвечиваться элементы индикаторов, управляемых сигналами с тех же выводов МК, с которыми соединены кнопки. Вместо звукоизлучателя HPM14AX можно установить генератор мелодий, например, от музыкальной открытки, ограничив до необходимого значения подаваемое на него напряжение.

P.S.
При загрузке новой версии программы (с_t_u.hex) в микроконтроллер, автоматически определяется тип датчика температуры (DS18B20, DS18S20, DS1822), подключенного к часам. В программе используется помехозащищённый вариант считывания данных с датчика температуры (можно использовать на длинных линиях). При неисправности датчика температуры, обрыва или замыкания в его цепи, на индикацию автоматически выводится только время. При нажатии на кнопку "Коррекция" в режиме будильника, примерно на 1 секунду, будет включаться/выключаться функция гашения незначащего нуля в десятках часов. Функция коррекции минут в режиме будильника, соответственно исключается.

Скачать прошивки

Обсуждение на Форуме