Un thermomètre numérique : température mesurée

Cet appareil visualise sur quatre chiffres (en fait 3 1/2 digits) les températures qu’il mesure (au dixième) de —50 à +150 °C. Il mémorise les températures maximale et minimale atteintes et fournit en sortie un signal PWM dont la largeur des impulsions est directement proportionnelle à la valeur de la température mesurée.

Pour construire ce thermomètre numérique, vous devrez insérer et souder de nombreux composants tous du même côté (face composants); le schéma d’implantation des composants est des plus denses, comme vous le voyez. Le microcontrôleur est disponible déjà programmé, ainsi que les autres composants, chez certains de nos annonceurs.
Ensuite, pour protéger la platine, vous utiliserez le boîtier métallique spécifique en aluminium. D’un côté sort la sonde NTC (thermistance en boîtier plastique demi lune) et de l’autre le signal PWM (transmission des données de température à distance) et le poussoir NF SW1.
La sonde doit être placée à l’extérieur du circuit imprimé, à quelque deux cm des composants risquant de chauffer (afficheurs et transistors): on peut prolonger ses pattes avec du fil de cuivre isolé, puis enfoncer le tout (boîtier demi lune
et fils prolongés) dans un fourreau de gaine thermorétractable (chauffez-la ensuite avec un pistolet à air chaud ou un sèche cheveux et scellez l’extrémité au fer à souder).
Quant au réglage, voici comment l’effectuer:
- Alimentez le thermomètre numérique en 12 Vcc 150 mA (respectez la polarité) et laissez passer une demi heure afin que le circuit soit à température ambiante et stable.
- Plongez la sonde dans un verre contenant des glaçons en train de fondre (0 00)
- Placez les pointes de touche d’un multimètre numérique (Vdc calibre 20 V) sur le positif de 05 (noeud R3, R7, R5) et la broche 6 de ICi (R2); avec un petit tournevis réglez le trimmer multitour RV1 pour obtenir O V (à deux mV près). Pour être bien sûr d’avoir annulé l’offset, mettez le multimètre sur un calibre moins élevé, par exemple 2 V; après quelques dizaines de secondes, retouchez au besoin le réglage.
- Plongez à nouveau la sonde dans un verre contenant des glaçons en train de fondre (0 00) et réglez RV2 pour lire exactement 0,0 (ou 32,0 pour un réglage en °F) sur l’afficheur du thermomètre. Attendez quelques secondes et retouchez s’il le faut le réglage pour une visualisation stable.
Le thermomètre est alors réglé, mais il vaut mieux régler aussi la partie haute de la plage des températures mesurables, en prenant la température d’une partie de votre corps.
Mesurez la température ce cette partie (par exemple sous une aisselle) avec un thermomètre numérique médical au dixième de degré Celsius.
Remplacez-le au même endroit par la sonde de votre thermomètre numérique et tournez lentement la vis de RV3 (GAIN de l’amplificateur différentiel) jusqu’à afficher la même valeur (par exemple 35,2 0)
Attendez que la lecture devienne stable et retouchez éventuellement RV3.

Figure 1: Schéma électrique du thermomètre numérique.
La sonde est une thermistance NTC. Le thermomètre a été conçu pour indiquer la température locale sur des afficheurs sept segments et la température distante est rendue disponible sur une sortie spéciale (OUT) fournissant une onde rectangulaire de niveau 0/8 V; il s’agit d’un signal analogique car son rapport cyclique suit linéairement (soit de manière directement proportionnelle) l’augmentation ou la diminution de la température; il est engendré par un modulateur PWM du type dont on se sert dans les alimentations à découpage (nous n’en utilisons que le générateur en dent de scie, le comparateur de tension et les étages de sortie). Le SG3524 (102) travaille ici comme simple générateur d’impulsions à largeur modulée.

Figure 2: Photo d’un des prototypes de la platine du thermomètre numérique.
On remarque que tous les composants sont montés côté composants et les quatre éléments afficheurs ont leur point décimal en bas à droite.

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R30...1,5k
R31...1,5k
R32...1,5k
R33...560
R34...821/2W
RV1.... 1 k trimmer multitour
RV2.... 200 k trimmer multitour
RV3.... 5 k trimmer multitour
Cl 470 pF céramique
02 470 pF céramique
03 470 nF 64 V polyester
04 10 pF 35 V électrolytique
05 10 pF 35 V électrolytique
06 10 pF 35 V électrolytique
07 l8pFcéramique
08 l8pFcéramique
09 10 pF 35 V électrolytique
010.... 220 pF 16 V électrolytique
Dl 1N4148
D2 1N4007
ZD1 ... zener 8,2 V 1,3 W
ZD2 ... zener 5,1 V
DY1 afficheur à sept segments 10
X 13 mm à anode commune
DY2 afficheur à sept segments 10
X 13 mm à anode commune
DY3 afficheur à sept segments 10
X 13 mm à anode commune
DY4 afficheur à sept segments 10
X 13 mm à anode commune
T1 BC557
T2 BC557
T3 BC557
T4 BC557
T5 BC547
T6 BC547
T7 BC547
T8 BC547
T9 BC547
ICi CA3160
102 SG3524
103 PIC16C54C-EV6003 déjà
programmé en usine
104 ULN2003
Xl quartz4,19MHz
SW1... micropoussoir normalement fermé horizontal
Sonde de température
thermistance NTC
Divers:
1 support 2 x 4
2 supports 2 x 8
1 support 2 x 9
4 supports 2 x 7
1 bornier 3 pôles
1 boîtier métallique (aluminium) spécifique
Liste des composants
EV6003
Ri 240k1%
R2 18k1%
R3 3k1%
R4 4,7k1%
R5 lOkl%
R6 l,8k1%
R7 l,8k1%
R8 10k
R9 10k
Rl0...lOk
Rll...lOk
R12...lOk
R13...lOk
R14...lOk
R15...lOk
R16...lOk
R17....lOk
R18...lOk
R19...l,8k
R20...l,8k
R21...l,8k
R22...l,8k
R23...l,8k
R24 ... 220
R25...2,2k
R26...l,5k
R27...l,5k
R28...l,5k
R29...l,5k

Publié dans Electronique-Magazine N°_96_Juillet-Aout_2007