54 E l e k t ron i k a d l a Wszys t k i ch

Do czego to służy?Do czego służy licznik rowerowy chyba każ-dy wie. Ja jednak proponuję, aby licznik ro-werowy wyposażyć w interfejs... pomiarutemperatury. Licznik posiada wszelkie cechyi funkcje pozwalające na pomiar nie tylkotemperatury (prędkości) aktualnej, ale i war-tości maksymalnej oraz średniej. Pomiarwartości maksymalnej i jej zapamiętanie jesto tyle interesujący, że potem bezbłędnie mo-żemy odtworzyć „jaki był u nas upał...”. Odrazu wyczuwa się brak pomiaru drugiej war-tości, tj. minimalnej. Z natury rzeczy kompu-terek rowerowy nie posiada takiej funkcji (boi po co?). W tym momencie, my – elektroni-cy, mamy pole do popisu. Nasz interfejs po-winien naprawić ten brak.

Jak to działa?Schemat ideowy przedstawiony został na ry-sunku 1. Jak widać, czujnikiem temperaturyjest dobrze znany i niedrogi układ LM35. Za-pewnia on liniowe przetwarzanie temperaturyna napięcie ze współczynnikiem 10mV/oC,

a zakres pracy układu jest szerszy niż spodzie-wane temperatury na dworze. Układ LM35musi korzystać z ujemnego napięcia zasilania,aby ponownie mierzyć temperatury poniżej0oC. Problem ten rozwiązuje przeniesienie ma-sy LM35 na poziom napięcia referencyjnego.Od tej pory układ LM35 widzi rzeczywistą ma-sę jako napięcie -1,25V, bo tyle wynosi napię-cie referencyjne z układu LM385-1,2. Dalej na-pięcie z wyjścia czujnika temperatury trafia nakomparator temperatury bliskiej zeru i na wyj-ście wzmacniacza o zmiennym wzmocnieniu.Dosyć dziwnie wygląda ten twór, był jednakkonieczny. Jeżeli interfejs do pomiaru tempera-tury ma być na tyle uniwersalny, aby mógłprzez cały rok mierzyć temperaturę na ze-wnątrz, musi poprawnie interpretować tempe-ratury ujemne. Problem z pozoru banalny przy-sparza problemów, gdyż w przeciwieństwie dotemperatury nie istnieją ujemne prędkości. Coprawda można poruszać się w tył, ale wtedymamy raczej do czynienia ze zmianą kierunku.

Problem udało się rozwiązać w ten spo-sób, że przy stopniowym spadku temperatury

wskazania także liniowo maleją, a w momen-cie przejścia przez zero i dalszego obniżaniasię temperatury wskazania wzrastają, tak jakwzrasta bezwzględna różnica między aktual-ną temperaturą a zerem. Dodatkowo spadektemperatury poniżej zera sygnalizowany jestzapaleniem się diody D1. Za detekcję zerowejtemperatury odpowiedzialny jest komparatorzbudowany na pierwszym wzmacniaczu ope-racyjnym układu LM358 (U3A). Jest on włą-czony jakby „na odwrót” wejściem „+” do na-pięcia referencyjnego, wszystko po to, abyułatwić budowę dalszych torów. Komparatorten posiada histerezę wyznaczaną przez rezy-story R3 i R4. Przy R3=2,7kΩ i R4=1MΩ hi-stereza ta wynosi około 2oC. Brak histerezybyłby silnie zauważalny przy temperaturzeokoło 0oC. Jej wartość można zmieniać, do-bierając stosunek R3 do R3+R4. Najprościejmożna przyjąć, żeR4/R3 = ~9V/10mV x t∆ , gdzie t∆ to żądanahistereza. Na szerokość histerezy ma wpływ

Rys. 1 Schemat ideowy

MMaa łłaa ss ttaaccjjaatteemmppeerraattuurroowwaaNNiieettyyppoowwee wwyykkoorrzzyyssttaanniieell iicczznniikkaa rroowweerroowweeggoo

napięcie zasilania, dlatego przy innym na-pięciu niż 9V może być konieczne dobranieelementów.

Opisywany komparator steruje dwomaelementami: poprzez rezystor R5 diodą LEDsygnalizującą ujemne wskazania i tranzysto-rem T1 zmieniającym znak wzmocnieniadrugiego wzmacniacza z LM358. W sytuacji,gdy tranzystor T1 jest zatkany, cały sygnałz wyjścia U3A trafia na wejście nieodwraca-jące U3B i w konsekwencji powiela się nawyjściu ze współczynnikiem wzmocnienia 1.

W momencie, gdy mamy do czynieniaz ujemnymi temperaturami, tranzystor T1zwiera wejście nieodwracające U3B do na-pięcia odwracającego o wzmocnieniu -1. In-aczej mówiąc, na wyjściu generuje napięcieo tyle wyższe od referencyjnego, o ile jestniższe na rezystorze R8. Wzmacniacz poprostu stara się zrównać napięcia na swoichwejściach.

Z wyjścia U3B sygnał trafia poprzez filtrdolnoprzepustowy (R10, C2) na wejście ge-neratora sterowanego napięciem. W roli tejpracuje układ LM331. Generator ten pracujew standardowej konfiguracji. Jedyną zmianąw stosunku do zalecanej przez producentakonfiguracji jest 10-krotne zwiększenie C4.Kondensator ten wraz z rezystorem R15 od-powiada za stałą czasową wewnętrznegoprzerzutnika. Zwiększenie C4 z 10nF do100nF obniżyło współczynnik przetwarzaniageneratora VCO z 1kHz/V do 100Hz/V.W podstawowym (uruchomieniowym) urzą-dzeniu nie jest konieczne montowanie rezy-storów R12 i P1. Zaleca się jednak zamonto-wać te elementy w ostatecznej wersji zewzględu na niski poziom przetwarzanych sy-gnałów i w związku z tym zauważalny wpływnapięć niezrównoważenia układu LM331.

Rezystor R16 podciąga do plusa wyjściegeneratora. Z tego punktu można już pobraćsygnał dla dalszych torów. Jest to wyjścieoznaczone jako WY1. Niestety w wielu przy-padkach nie można tutaj bezpośrednio podłą-czyć komputerka rowerowego. Powód jestprosty. Urządzenie na WY1 posiada współ-czynnik przetwarzania równy 1Hz/oC. Abyusunąć tę niedogodność, urządzenie zostałowyposażone w dodatkowy dzielnik częstotli-wości. Podział przez 10 dokonuje się w licz-niku dziesiętnym U5 4017. Licznik ten pra-cuje w pełnym cyklu, nic nie stoi jednak naprzeszkodzie, aby skrócić ten cykl, gdy zaj-dzie taka konieczność.

Montaż i uruchomienieUkład można zmontować na płytce drukowa-nej pokazanej na rysunku 2. Montaż urzą-dzenia jest klasyczny. Rozpoczynamy odzwor i podstawek pod układy, a kończąc nanajwiększych elementach. Do zasilania ukła-du przewidziano złącze śrubowe, do któregonależy przyłączyć baterię 9V lub zasilacz sta-bilizowany. W zależności od przeznaczenia

czujnik temperatury lutujemy w płytkę lubwyprowadzamy na przewodach.

Po załączeniu zasilania należy w pierw-szej kolejności sprawdzić wartość napięciareferencyjnego. Napięcie na środkowym wy-prowadzeniu U2 powinno mieć 1,25V. Na-stępnie sprawdzamy napięcie na środkowymwyprowadzeniu U1. To napięcie powinnobyć wyższe od referencyjnego o 0,2...0,3V.Wszystko zależy od temperatury czujnika.Fakt przebywania w dodatniej temperaturzebędzie sygnalizowany zgaszoną diodą D1.Gdy poprzednie etapy poszły gładko należysprawdzić napięcie na wyprowadzeniu 7 U4.Powinno być ono takie samo jak na środko-wym wyprowadzeniu LM35.

Ostatnią czynnością jest kalibracja VCO.Najpierw należy ustabilizować temperaturęczujnika na poziomie powiedzmy 30-40oC,a następnie potencjometrem P2 uzyskaćwspółczynnik konwersji 1Hz/ 1oC (na WY1).W ostatniej fazie wylutowujemy LM35 i R1,i zwieramy puste wyjście (pin 2) z napięciemreferencyjnym (pin 3) po układzie U1. Poten-cjometrem P1 staramy się uzyskać 0Hz nawyjściu. W ten sposób kalibrujemy zero na-szego urządzenia. Po ponownym wlutowaniuU1 może okazać się koniecznym skorygowa-nie wskazań przy pomocy P2.

Podłączenie urządzeniaDocelowymi punktami podłączenia kompu-terka rowerowego jest WY2. Aby komputerekwskazywał poprawnie, należy wpisać mu wła-ściwy promień koła. Jak to obliczyć? Przyj-mijmy, że po podziale na 4017 współczynnikprzetwarzania wynosi 0,1Hz/oC. Tak więc dla10oC mamy 1Hz. 10km/h to około 2,78m/s.Urządzenie wyśle 1 impuls w ciągu sekundy(ponieważ 10oC to 1Hz), czyli tak jakby koło

obróciło się jeden raz w ciągu sekundy.Obróciło się jeden raz, ale przejechało odle-głość 2,78m, stąd po podstawieniu do wzoruL=2r – r wyniesie 44cm. Idąc tym tokiem ro-zumowania, można obliczyć inne promieniekół przy innym współczynniku przetwarzania.

Można jednak inaczej – wpisać promieńnp. 30cm i tak korygować współczynnikVCO potencjometrem P2, aby wskazania by-ły prawidłowe. Przy tej drugiej okazji wska-zana będzie wymiana R11 na zworę, a war-tość P2 na np. 22kΩ, a po ustawieniu powrótdo rezystora stałego i potencjometru o nie-wielkiej wartości.

Michał Stach

55E l e k t ron i k a d l a Wszys t k i ch

Rys. 2 Schemat montażowy

Wykaz elementów

RezystoryR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27kΩR2,R8-R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩR3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,1kΩR4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩR5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2kΩR6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩR7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150kΩR12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩR13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47ΩR14,R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩR15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6,8kΩP1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ helitrim P2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7kΩ PRKondensatoryC1,C2,C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nFC3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µFC5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µF/16VPółprzewodnikiD1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LEDT1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC547U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM35U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM385U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM358U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM331U5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CD4017