Atmega8 ve MCP3550 ile LM35 termometre

Şu ana kadar LM35 ile çalışırken işlemcilerin(Atmega8 ve Atmega16) üzerindeki ADC'leri kullanmak durumunda kaldım. Başka bir devre yapmak için elime geçen MCP3550 ADC'sini işlemci ile kullanmak için çalışırken, çıkış açısından ne yapıp yapmadığını iyi bildiğim LM35 ile deneme ihtiyacı hissetim .
Dolayısı ile sonuçta "Atmega8 ve MCP3550 ile LM35 termometre" projesi ortaya çıktı.

LM35

Şekil-1 :Kablonun ucuna lehimlenmiş LM35.

Artık sıcaklık ile uğraşmaya başlayan her elektronikçinin en azından bir kez uygulama geliştirdikleri bu entegre 3 bacaklı fiziksel yapısı transitörlere (BC237) benzer. (en azından bu projede kullanılan)

Doğrudan santigrade çıkışı verebildiğinden 10mV/C gibi bir ölçeğe sahiptir.

-55 ile +150C aralığında öçüm yapabilen entegre 4 ile 30V besleme aralığında çalışabilmektedir.

Normalde +5V aralığında çalışırken 0 ile 150 derece sıcaklığını ölçebilir. Eksi sıcaklığı ölçebilmesi için Vout çıkışının 0V seviyesine göre bir direnç ile daha eksi gerilime çekilmesi gerekir. Yada LM35'in 0V seviyesi yukarı çekilir . Örneğin 1.3V gibi bir gerilime; seri diyotların gerilimidir.

Şekil-2 :LM35 negatif sıcaklığı ölçmek için veri kağıtlarında öngörülen şeması.

Bu noktada iş ADC'ye düşüyor. Özellikle LM35'in GND bacağı ile Vout bacağı arasındaki gerilimi ölçebilecek bir kapasitede bir ADC gerekliğidir. (Bu devrenin GND ile LM35'in GND bacağı aynı olmadığını dikkate almak gerekir.

MCP3550

Şekil-3 :MCP3550 kartı ön ve arka.

Microchip firması tarafından üretilmiş küçük ve az bacak sayısı ile kullanımı basitleştirilmiş bir ADC'dir.

En azından sıfırlama, harici saat sinyali gibi ihtiyaçları bulunmayan ADC 2.7V ile 5.5V tek besleme ile çalışabilir. Özellikle fark girişlerinin bulunması bu proje için biçilmiş kaftandır. Otomatik iç ofset ve kazanç kalibrasyonu sayesinde kullanıcıya fazla iş düşmeden ADC'nin çevirme işlemini yapmana olana tanır.

Şekil-4 :MCP3550 bacak bağlantıları

Piyasada yaygın olarak kullanılan ADC0831 8 bitlik işlemci veya işlemcinin kendi üzerindeki 10 bitlik işlemcinin yanında MCP3550 22 bitlik (bir biti işaret biti olduğundan aslında 21 bitlik) çözünürlük gerçekten oldukça yüksek kalmakta. Bu da girişe uygulanan gerilimin çok daha hassas okunabileceği (dijitalleştirilebileceği) anlamını taşıyor.


Normade SPI bağlantısı bir giriş, bir çıkış, bir saat ve bir de çip seçme (seçeneğe bağlı) uçları ile master ve slave aletler arasında veri iletişimini sağlar. MCP3550 entegresine veri gönderme gibi bir durum olmadığı için bu uç kullanılmadan sadece 3 bacak ile (SPI) haberleşmesi yapılmaktadır. MCP3550 açısından bu üç bacak saat, çıkış ve çip seçme uçlarıdır. İşlemciye MCP3550'den başka entegre bağlanmayacağı zaman çip seçme ucu bile kullanılmayabilir. (sürekli aktif oalcak şekilde toprağa bağlamak yeterlidir)

Şekil-5 :İşlemci ile MCP3550 iletişim dalga şekli

Entegre üzerinde ölçüm için kullanılan diğer bacak ise Vref bacağıdır. Bu ölçüm için gereken referans gerilim girişidir. Tabi projede doğrudan 5V aralığı kullanılması planlandığı için bu bacak 10Ohm üzerinden Vcc hattına bağlanmıştır. (tabii filtre kondansatörü ile)

Bit-21 işaret biti olarak verilmektedir. Tek bir beslemede negatif olayının nereden geldiğin anlamak için ADC'nin yapısındaki fark girişleri kavramını incelemek gerekir. Bu ADC üzerinde ölçümler doğrudan GND ucuna göre değil de Vin- ve Vin+ uçlarının birbiri ile kıyaslanması ile yapılır. Dolayısı ile Vin+ ucu Vin- ucuna göre daha pozitifse değer pozitf olarak tanımlanır, Vin+ ucu Vin- ucuna göre daha negatifse değer negatif olarak tanımlanır. (Tabii kim ne derse desin sonuçta bu uçlarda GND'ye göre tanımlıdır-Commond Mod kavramı ile incelenebilir) Girişlerin bu şekildeki yapısı projedeki LM35 ile yapılan devrede negatif sıcaklığın ölçülebilmesine olanak tanımaktadır.

Şekil-6 :MCP3550 bit ve tanımları

ADC 22 bit olmasına rağmen Vref gerilimi aşımı olduğu takdirde işlemciye bunu bildirmek amacı ile Bit- 22. bit için pozitif yöndeki taşma (taşmada lojik-1 olur), Bit-23. bit ise negatif (taşmada lojik 1 olur) yöndeki taşmayı belirtmek için kullanılmaktadır. Bit-24 ise ADC'nin veri çevirme işleminin tamamlayıp tamamlamadığını göstermek için kullanılır. (Lojik -0 konumunda) Tabii ki bu veri çıkış bacağı üzerinden saat darbesi değişiminde yapılır.

SPI veri iletişimini farklı modları (yöntemleri) vardır). Bu projede Mode 1,1 kullanılacaktır. Bunun anlamı Saat sinyali Lojik-1 olarak gelecek ve lojik-0 geçişinde veri okunacak. DRY biti lojik-0 ise okumaya devam edecek. Ve ondan sonraki veriler hep Lojik-1 kenarında okunacak. Tabii projede ADC'nin CS bacağı sürekli lojik-0 konumunda tutularak okuma işlemine hazır halde tutulmaktadır.

Veriler 8 bitlik 3 grup halinde işlemciye aktarılır. Verilerden MSB ilk ve LSB son olarak iletilmektedir.
Her ne kadar işlemci üzerinde SPI için port bulunsa da projede ADC ile yazılım ile oluşturulmuş SPI kullanılmıştır.

CS bacak kontrolu yapmak isteyenler için ; CS lojik-0 yapıldığında ADC'nin okuma ve veriyi hazırlaması için okumaya başlamadan bir süre vermeleri gerekmektedir.

Gerisi işlemci ile bilgisayar arasındaki iletişime ve verilerin yorumlanmasında bilgisayara kalır.

Devre

Şekil-7 :LM35, MCP3550 ve işlemci kartı bir arada lehimlenmiş halde.

Projede RS232 (seri) iletişim kullanılması öngörülmektedir. RS232 modülü ile başlayarak, ikinci modülümüz işlemci modülüdür ki, haliyle Atmega8 işlemcisi üzerinde yer almaktadır, üçüncü modülümüz LM35'in bağlandığı ADC modülüdür. RS232 modülü ile İşlemci modü birbirine 10 yollu yassı kablo ile bağlı iken işlemci modülü ile ADC modülü kablolar ile birbirine lehimlenmiştir.

Şekil-8 :RS232 haberleşme kartı.

Şekil-9 :MCP3550 ADC için oluşturulmuş devre.

Hiç adetim olmadığı halde ADC modülü üzerindeki ADC haricindeki elemanlar (direnç, kondansatör ve diyotlar) uzay montaj yapmak durumunda kaldım.

İsteyenler kendileri bunları düzenleyip bir kart üzerinde toplayabilir.

Şekil-10 :İşlemci kartının arkasındaki ADC kablo bağlantıları.

Tabii ki ADC ile LM35'de kablolar ile birbirlerine lehimlenmişlerdir.

Şekil-11 :İşlemci kartı ve RS232 haberleşme kartı arasındaki bağlantıyı sağlayan kablo.

Şema

Devrenin kalbini IC1 (Atmega8) işlemcisi oluşturuyor. İşlemcinin saat sinyali ihtiyacını C5, C6 (27pF) kondansatörler ve XT1 (3,6864MHz) kristal sağlamaktadır. İşlemciye bağlı R6 (1k) direnç üzerinden LED1 (led) devrenin çalışma durumu hakkında kullanıcıya bilgi verecektir. Sıcaklık algılayıcı IC2 (LM35) tarafından sağlanmaktadır. IC2 (LM35) üzerinde eksi sıcaklık değerlerini ölçmek için gerekli gerilim değerini sağlayan D1 ve D2 (1N4148) diyotları IC2 (LM35)GND bacağı ile devrenin GND arasına bağlıdır ve IC2 (LM35) çıkışı ile devrenin GND arasında R1 (22k) direnç kullanılmaktadır.

IC3 (MCP3550) buradaki asıl konumuz olup LM35 çıkışının analog değerini dijitale çevirmek ve işlemciye göndermek üzere kullanılmaktadır. IC2 (LM35) çıkış bacağı IC3 (MCP3559) Vin+ bacağına bağlıdır (ADC ölçüm ucu).Aynı zamanda IC2 (LM35) GND bacağı (D1 diyodunun bağlı olduğu uç) IC3 (MCP3559) Vin- bacağını bağlıdır. IC3 (MCP3559) Vref bacağı ile Vcc bacağı arasına bağlı R2(10Ohm) direç ile ADC Vref gerilim karşılanır ve Vref bacağı ile GND arasına bağlı C1 (100nF)) kondansatör ile Vref bacağı üzerindeki gerilim dalgalanmaları filtre edilmektedir.

C10,C11,C12,C14 (10µF) ve IC5 (MAX232)bilgisayar ile işlemci kartı arasında RS232 iletişimini düzenliyor. P2 DB9 seri port konnektörüdür. LED2 (LED),R7 (1k) Aslında bu kart için kullanılsa da, projede devrenin çalıştığını gösteren besleme monitörüdür.

P1 üzerinden devreye gelen besleme beslemenin ters takılmasına karşı her durumda çalışması içiD2 (2W10M)köprü diyodun IC4 (7805) girişine gelir. IC4 (7805 ) projede yer alan tüm elemanların besleme gerilimini (+5V) regüle ederek sisteme verir.


Not: Şemada L1 10µH gösterilmiş ise de kullanılması gerekli değildir. Bu eleman köprü ile değiştirilebilir.

Şekil-12:Blok şeması

Şekil-13:Devre şeması (ST1 ve ST2 (2x5) konnektörü gösterilmemiştir)

Devre Yapımı

Devre montajı açısından kritik bir durum yoktur. Görüldüğü gibi devre son derece sadedir. Sadece kabloları karta lehimlerken kısa devre olmamaları için dikkatli olmak yerinde olacaktır. Tek uğraştıracak bölüm ne yazık ki ADC ve LM35 arasındaki bağlantılardır. Belki ileride bu konuyu güncelleyebilirim.

Şekil-14:Kartların alttaki yolları

Şekil-15:Kartların üstteki yolları (SMD)

Şekil-16:Kartların eleman yerleşimi.(Eleman yerleşiminde kırmızı ile gösterilen elemanlar bu projede kullanılmamaktadır. Lütfen dikkate almayın)

Şekil-17:Kartların yolları birlikte üstteki eleman yerleşimi (dip elemanlar)

Şekil-18:Kartların yolları birlikte alttaki eleman yerleşimi (SMD elemanlar)

Şekil-19:Kartların bağlantıları. .

 Şekil-20:Tüm sistemin bağlantı yapılmış hali.

Şekil-21:ADC kartı bağlantıları. Biraz karışık görünüyor ama gözünüzü korkutmasın. Devre başka bir amaçla oluşturulduğu ama LM35 işin yan ürünü oldu. Görüldüğü üzeri MCP3550'nin monte edildiği kart hazır SO8-DIP dönüştrücü kartı.

Devre Elemanları

10R	R2
1K	R6,R7
10K	R3,R4,R5
22K	R1
10µH	L1
27pF	C5, C6
100nF	C1,C2,C3, C4, C7, C9,C13,C15
10µF/25V	C8,C10,C11,C12,C14,C16
LED	LED1,LED2
Atmega8 (DIL)	IC1
LM35	IC2
MCP3550	IC3
7805	IC4
MAX232	IC5
1N4148	D1, D2
W10M veya benzeri	D3
3,6864 Mhz kristal	XT1
2x3 Header (ISP6)	isp
2'li klemens	P1
28 bacaklı entegre soketi (DIL)	-
16 bacaklı entegre soketi (DIL)	-
10 yollu şerit kablo (10cm)	-
IDC10 kablo dişi konnektör 2 adet	-
IDC10 kart tipi erkek konnektör	ST1,ST2
DB9	p2

Besleme için 9V'luk adaptör unutulmamalıdır.

Bilgisayar Programı

Şekil-22:Bu proje için C# üzerinde yazılmış bilgisayar programı simgesi.

"M8_MCP3550_LM35_termometre.exe" C# ile yazılmıştır. Bu nedenle çalıştırabilmek için Frameworks.net runtime sürüm 4'ün bilgisayarınızda yüklü olması gerekiyor. Program Win xp üzerinde geliştirilmiş ve denenmiştir.

"M8_MCP3550_LM35_termometre.exe" simgesi üzerine iki kez tıklayıp çalıştırıyoruz.

Ana pencere

Şekil-23:Ana pencere.

Program ilk açıldığında gösterildiği penceredir. Bu pencere üzerindeki öğelerin açıklaması aşağıda verilmiştir.

1. Ölçülen değerlerin görüntülendiği alan.
2. Ölçülen son değerin görüntülendiği alan.
3. Sürekli okuma veya sürekli okumayı sonlandırmak için buton.
4. Son ölçüm sonuçlarına göre oluşturulmuş grafik
5. Ana pencere-Ayarlar penceresi arasında geçişi sağlayan etiketler;

Ayarlar penceresi

Şekil-24:Ayarlar penceresi.

1. Ana pencere-Ayarlar penceresi arasında geçişi sağlayan etiketler.
2. Seri port seçimi için seçenekler.
3. Baud seçimi için seçenekler.
4. Rapor dosyasının kaydedildiği yer(ölçüm sonuçlarının kaydedildiği).
5. Ölçüm sonuçlarını kaydetme seçeneği.
6. Ölçüm aralıkları ayarı için seçenekler.

Program üzerinde sınırlı da olsa bir hata kontrolu vardır. Yani çalışırken RS232 bağlantısı koparsa ekranda bir uyarı verecek ve cihazlarınızı kontrol etmenizi isteyecektir.

Son olarak bilgisayar tarafının programını yazmak isteyenler için veri şu şekilde iletilmektedir

Bilgisayar devreye "0x17" değerini gönderir.

Sıcaklık bilgisi olarak üç bayt veri gelir. MSB ilk ve LSB son bayt olarak gelir.

Sonuç

MCP3550 görüldüğü üzere üzerine düşen görevi fazlasıyla yerine getirmektedir.

Şekil-25:Sistemin taşınabilir hali. Bluetooth..

Her ne kadar proje doğrudan RS232 ile çalışacak şekilde denense de istenirse diğer haberleşme yöntemleri ilede pek ala kolaylıkla kullanımı mümkündür. Buzdolabı buzluğu denemelerinden Şekil-25 kullanılmıştır.

Şekil-26:Buzdolabının buzluğunun sıcaklığı.Görüldüğü gibi rakamların rengi sıcaklık sıfırın altına indiğinde değişmektedir.

Alttaki grafik ise son sıcaklığa göre çizilmekte ve alan dolmaya başladığında son sıcaklık değeri sağda olacak şekilde önce değerler sola doğru ötelenecektir.

Ekler:

Atmega8 hakkında bilgi için

"Atmega8 ve MCP3550 ile LM35 termometre" projesi için gereken dosyalar

Bu devrenin yapım sorumluluğu size aittir. Devre yapıldı ve çalışıyor. K.A....

---