AVR로 만드는 3채널 다이오드 온도계

AVR Project 조회 수 22922 추천 수 59 2003.09.22 10:24:11


http://elm-chan.org/works/temp3/report_j.html
다이오드로 온도를 측정하는 3채널 온도계의 제작

고정도 써미스터를 사용하여 무조정으로 ±0.5℃の 온도정도를 실현을 하였습니다만,
최근의 프로세서는 다이온도를 직접 모니터하기 위해,
다이오드를 내장한 것이 많다는 것입니다.
이번에는 이것에 대응하여 만든 온도센서로 다이오드를 사용한 온도계를 제작해 보았습니다.
표시소자는 시분할을 1초마다 차례로 온도를 표시하기 위해서 입니다.

다이오드 온도계의 동작원리

다이오드의 순방향 특성은 온도에 따라 변화하는 것으로써 온도 센서로 사용합니다.
PN접합 실리콘 다이오드에 일정한 순방향 전류를 흘리면,
다이오드의 전압강하는 상온에서 약0.6V로 되며,
-2.0~-2.5mV/℃ (전류나 갯수에 따라 다르다)의 온도특성을 냅니다.

다이오드에 일정한 정전류를 흘리고 나서,
순방향 전압을 측정하면 온도변화를 측정하게 됩니다.
참고로 그림은 1SS193(도시바)의 순방향 특성을 나타냅니다.
서로 다른 2 혹은 3을 통한 전류를 전환하여,
순방향 전압의 변화로 부터 온도를 산출하는 검출방법도 있습니다.
이 특성은 다이오드 특성의 편차의 영향을 받지 않으며
(센서를 교환하면 매번 교정을 해야 할 필요가 없다)는 이점이 있습니다.

회로와 펌웨어

온도센서의 프론트엔드는 정전류회로와 증폭기로 구성됩니다.
약 63μA의 정전류를 센서(다이오드)에 흘리고,
다이오드의 전압강하를 3배로 증폭하여 A/D 변환기(10bit, 3.3V/fs)에 입력합니다.
이 블록에서의 드리프트는 측정오차의 주원인으로 되며,
구성부품은 온도 드리프트가 되도록 작은 것을 선정할 필요가 있습니다.

아날로그 회로의 조정은 전혀 없습니다.
교정 파라메터를 EEPROM에 보관하여 온도를 산출하기 때문입니다.
교정작업은 드라이버 대신에 PC등 적당한 단말장치가 필요합니다.
예로 ISP 케이블 경유 (N81,38.4kbps)로 접속하고 전원을 넣으면,
교정모드로 들어가게 됩니다.

다이오드 온도계의 규격
콘트롤러 AT90S2333 (ATMEL),
10bit ADC내장 채널수 3 (A/D 콘버터 채널수까지 확장가능)
표시범위 -9℃~+99℃ (표시분해능 1℃)
확도 상온에서는 오차 ±1℃
표시기 7세그먼트 LED 2행(각 채널을 시분할 표시)
센서 실리콘 다이오드
전원 +5V, 100mA

다이오드 온도계의 회로
http://elm-chan.org/works/temp3/temp3.png
다이오드 온도계의 펌웨어 및 소스
http://elm-chan.org/works/temp3/temp3src.zip

교정
서미스터 온도계 (마이콤으로 직선보정을 해야하는)와는 틀리며,
다이오드 온도계는 교정을 위해 어려운 작업을 할 필요가 없습니다.
이것이 온도계 제작의 인건비를 올리는 원인인데、
여담이지만, 이온도계의 제작도 예외는 아닙니다.

교정작업의 준비로는, 항온조를 준비해 주십시요.
항온조를 쓰지 않는 경우는, 빙점을 내는 냉장고와 적당한 보온기도 좋습니다.
항온조의 온도계는 아무래도 맞지 않는 경우가 있는데,
수은 온도계등 정도가 높은 온도계로 직접 온도를 확인합니다.
냉장고등은 온도표시가 없으므로 말할 필요가 없습니다.

역시, 원점(옵셋) 교정을 위해 온도를 내립니다.
온도가 0℃로 안정이 되면, 하나하나 채널 (0, 1, 2)에 대하여 A 코멘드로 A/D값을 읽습니다.
이값을 원점의 파라메터로 0, 2, 4에 써 넣습니다.
이것으로 원점교정이 끝났습니다.

a    각 채널 (0..2)의 A/D값의 출력(×10℃)
w    각 파라메터 (0..5)의 쓰기

다음은 게인 교정입니다. 온도를 60℃ 정도로 올립니다.
계산값이 이 온도와 일치하게 각 채널의 게인 (파라메터 1, 3, 5)를 조정합니다.
이것으로 교정작업은 완료입니다.
온도를 적당히 바꾸고 바르게 값을 나타내는지 점검해 봅니다.
각 게인의 교정값은 대략 18000~20000 정도로 되면 좋다고 생각합니다.

완전히 빙점을 내지 못하면 전체의 온도오차가 납니다.
정확히 내기 위해 이런저런 공부를 하여야 합니다.
빙점을 완전하게 유지하지 못하는 경우는
되도록 안정한 2개의 온도로 A/D값을 측정하여 빙점의 A/D값을 추정합니다.


번역 : ipstack@ipstack.co.kr

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