DIY набор для создания цифрового термометра и последующая интеграция (не колхозинг) его в автомобиль

Здравствуйте. Предлагаю обзор комплекта для создания самодельного цифрового термометра. Постараюсь рассказать также и о некоторых хитростях. Для гуру мои «хитрости» могут показаться смешными, но некоторым, надеюсь, помогут. Также в обзоре будет информация о том, как этот термометр я установил, не приколхозил, а именно установил в автомобиль.
На самом деле это не просто термометр, а терморегулятор, у него есть выход для управления нагрузкой и кнопки изменения уставки, но я использовать эти функции не планирую.
Заинтересовавшихся прошу…
У меня в авто нет датчика температуры наружного воздуха. В связи с этим я испытываю некоторое неудобство. Анализ готовых автомобильных термометров мне не принес удовлетворения. Поэтому выбор пал на этот набор. Почему именно на него? Термометр использует цифровой датчик температуры DS18B20, который не требуется настраивать или калибровать. Он уже имеет абсолютную точность 0,5 градуса. Но об этом ниже.
Перейдём к набору.

Посылка и упаковка:

Продавец положил вот такую памятку-просьбу:В ней продавец благодарит за выбор именно его магазина, рассказывает о том, как он заботится об удовлетворении покупателей и просит не забыть оставить хороший отзыв. Как-то так.

Комплектация:

• резистор 470 Ом — 7шт.
• резистор 4,7 кОм — 5 шт.
• резистор 10 кОм — 1 шт.
• резистор 1 кОм — 1 шт.
• конденсатор 10 мкФ — 2 шт.
• конденсатор 0,1 мкФ — 1 шт.
• конденсатор 30 пФ — 2 шт.
• транзистор S9012 — 4 шт.
• кварцевый резонатор 12 МГц — 1 шт.
• кнопка — 3 шт.
• микроконтроллер AT89C2051 — 1 шт.
• панелька DIP-20 — 1 шт.
• термодатчик DS18B20 — 1 шт.
• светодиодная матрица 3631 — 1 шт.
• 2-х контактный клеммник — 2 шт.
• светодиод красный — 1 шт.
• печатная плата — 1 шт.
• схема — 1 шт.

Рассмотрим основные компоненты поближе.

Печатная плата:

Односторонняя печатная плата из стеклотекстолита. Со стороны печати нанесён защитный лаковый слой, в обиходе именуемый «зелёнкой», со стороны элементов нанесена шелкография. Размер платы 50х55 мм. Качество изготовления хорошее.

Микроконтроллер:

Микроконтроллер АТ89С2051 в корпусе DIP20 является Атмеловским клоном знаменитого Интелловского микроконтроллера Intell 8051. Официальное название 8051-семейства микроконтроллеров Intel — MCS 51.
Микроконтроллер уже «прошит», т.е. содержит в себе необходимый программный код.

Кварцевый резонатор:

Микроконтроллер оборудован тактовым генератором, для стабилизации частоты которого используется внешний кварцевый резонатор на 12 МГц

Термодатчик:

В качестве датчика температуры используется распространённый цифровой датчик DS18B20 (русскоязычное описание). Данный термодатчик, а по правильному «Преобразователь температуры» зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений и имеет описание типа СИ (ссылка). Так вот в описании типа СИ указано, что данный датчик температуры имеет абсолютную погрешность измерения температуры +- 0,5 градуса Цельсия в диапазоне от -10 до +85 градусов. За пределами диапазона погрешность увеличивается до 2 градусов.
Этот цифровой датчик имеет интерфейс «1-Wire» или по другому «MicroLAN». Работает как с «активным» питанием (используются все 3 ножки), так и с «паразитным» (для этого достаточно 2 проводов). Но ввиду того, что термометр предполагается эксплуатировать в автомобиле с большим уровнем помех, то лучше подключить все 3 ножки.

Индикатор:

В качестве индикатора используется трехразрядный светодиодный цифровой дисплей 3631 с общими анодами красного цвета.

Винтовые клеммники:

Клеммники соединяются между собой с помощью гнезда «ласточкин хвост».
У этих клеммников есть один конструктивный недостаток: Ось контакта для пайки совпадает с осью винта и при приложении достаточно небольшого усилия на винт, контакт для пайки проворачивается, срывая пайку. Поэтому затягивать эти клеммники нужно аккуратно, без лишних усилий.

Остальные элементы:

Остальные элементы самые стандартные: конденсаторы, резисторы, транзисторы, кнопки.

Паяем:

Паять желательно используя флюс — спиртоканифоль. Изготавливается либо самостоятельно (канифоль толчётся в песок и растворяется в медицинском спирте), либо приобретается в специализированных магазинах. Готовую спиртоканифоль, для удобства использования, советую перелить в пузырёк от лака для ногтей, предварительно очищенный от лака ацетоном. Кисточкой спиртоканифоль наносится на плату и выводы и дальше паяется обычным припоем, например ПОС-61.

Спаяли:

Возле отверстий можно заметить остатки флюса, протёкшего со стороны печати.

Моем:

Для очистки от флюса плата помещается в литровую стеклянную банку и заливается спиртом или спиртобензиновой смесью примерно на полчаса. Я обычно мою медицинским спиртом. Потом этот спирт можно использовать для изготовления спиртоканифоли. Через полчаса остатки флюса смываются ватной палочкой или не очень жёсткой зубной щёткой.

Наладка и первое включение:

В наладке плата не нуждается, должна работать сразу после подачи питания, но у меня не заработала. Сначала я даже подумал, что контроллер прислали незапрограммированный. Но оказывается при подаче питания, термометр включается в «дежурном режиме» и чтобы его «разбудить», необходимо нажать кнопку S1. Этой же кнопкой можно послать термометр обратно в «дежурный режим» долгим нажатием. Короткое нажатие переводит в режим изменения уставки. Режим индикации уставки определяется морганием индикатора. Для изменения уставки служат кнопки S2 и S3. Для подтверждения уставки — короткое нажатие S1. Уставка это температура при которой происходит изменение значения выхода на клеммнике Х2, что дополнительно индицируется красным светодиодом LED1. К клеммнику Х2 можно подключить катушку маломощного 5 вольтового реле, контактами которого уже управлять чем-то более мощным.
Работает это следующим образом: Если измеряемая температура выше уставки, то светодиод не горит и реле обесточено, если температура падает ниже уставки, загорается светодиод и подаётся напряжение на контакты клеммника Х1, т.е. реле срабатывает. Таким образом с помощью данного термометра, а точнее терморегулятора можно поддерживать температуру в какой-нибудь печи (инкубаторе).
Питается термометр от 5 вольт постоянного тока. Ток потребления не замерил, но он невелик. Думаю десятки миллиампер.

Установка в автомобиль:

Ну что же, пора переходить ко второй части обзора — к установке в автомобиль. Не люблю разный «колхозинг» и обвешивание салона всякими «прибамбасами», поэтому постарался встроить термометр так, чтобы его внешне видно не было. Вставить его решил в… штатный приёмник. Из всех функция приёмника используется единственная — часы. Поэтому левая часть ЖК индикатора всегда пустая. Вот под этот индикатор я и решил спрятать индикатор термометра.
Подробности демонтажа приёмника и последующего его «расковыривания» опущу, думаю всё будет понятно из фото:
Чтобы установить светодиодный индикатор термометра позади ЖК индикатора приёмника, индикатор термометра пришлось удлинить с помощью 11 жильного плоского кабеля (кабель взял от PATA интерфейса, это то, что было до SATA, если такого кабеля в наличии нет, то его можно купить в магазине радиотоваров).
Далее в пластиковом корпусе за ЖК индикатором прорезается плоская щель на ширину кабеля, я для этого просверлил ряд отверстий 2 мм сверлом, и обработал их скачала канцелярским ножом, потом маленьким надфилем.
Далее, термоклеем закрепил индикатор, удалив излишки клея ножом:
ЖК индикатор сам по себе прозрачный, но позади индикатора установлена рассеивающая белая пластиковая прокладка. Вот как видны цифры без рассеивающей прокладки:
А вот так с установленной рассеивающей прокладкой:Второй вариант мне понравился больше.

Питание:

Нужно не забывать, что напряжение питания термометра 5 вольт, а бортовое напряжение большинства автомобилей 12 вольт. Для этого необходимо использовать 5 вольтовый стабилизатор. Я использовал линейный стабилизатор 7805 в корпусе ТО-220. Схема включения:
Стабилизатор прикрутил на радиатор. Саму плату закрепил 2-мя стойками к основной плате. Кнопку S1 подключил к штатной кнопке приёмника, предварительно отрезав дорожки от последней:

Подключение термодатчика:

Для подключения термодатчика я использовал установленное, но не подключенное 8 контактное гнездо DIN-8:
В качестве разъёма использовал старый советский стерео-штеккер DIN-5 (такой используется и в старых АТ клавиатурах):
Вот как получилось:

Термодатчик и кабель:

Кабель я использовал 2-х проводный микрофонный, т.к. он круглый в сечении и достаточно гибкий. Он состоит из 2-х проводов и оплётки — экрана. Вот этот экран я подключил к "-" питания датчика, провода как получилось:
Теперь необходимо датчик загерметизировать. Проще всего надеть на него термоусадочную трубку таким образом, чтобы она перекрыла и часть кабеля и осталась за пределами датчика ещё миллиметров на 5-8. Далее усадить, начиная от кабеля и заканчивая датчиком и пока ещё трубка горячая, конец зажать пассатижами. Получается вот такого вида герметичный несъёмный «чехол»:

Место установки термодатчика:

Немаловажный этап установки термометра наружного воздуха это выбор правильного места установки термодатчика. Сначала я вывел термодатчик в подкапотное пространство между фарой и крылом. Во время езды термометр показывает правильную температуру. Но во время стоянки подкапотное пространство подогревается работающим двигателем и показания плывут вверх.
Изучив данный вопрос я выяснил, что производители устанавливают термодатчики наружного воздуха в основном в 2 местах:
Перед радиатором под замком капота:
И в зеркале заднего вида:
Второй вариант мне показался идеальным, т.к. в зеркале точно термодатчик ничем подогреваться не будет, при условии, что зеркала без подогрева. В моём авто установлены зеркала с электроприводом и как раз без подогрева, поэтому конструктивно уже есть отверстия для проводов. Для этого пришлось снять обшивку двери и часть обшивки салона. Самое трудоёмкое — продеть провод через гофру с кабелями между дверью и салоном:

Наслаждение результатом:

С выключенным термометром но с включенной подсветкой ЖК индикатора:
С включенным термометром:
Я результатом остался доволен.

Заключение:

Затратив 8 долларов и 3 дня новогодних праздников я получил цифровой термометр с хорошей точностью измеряющий температуру за бортом авто и, что для меня немаловажно, не портящий внешний вид салона.
Вот что ещё можно добавить к вышесказанному:

• Индикатор термометра можно заменить на другой по размеру или цвету свечения, но аналогичный по подключению, при условии выносного подключения, как в данном варианте. Использовать можно любые 3 разрядные 7 сегментные светодиодные матрицы с общим анодом, либо отдельно 3 одноразрядных 7 сегментных индикатора, также с общим анодом. Подобных индикаторов полно у различных производителей, например у Kingbright.
• Некоторые производители автомобилей не комплектуют свои авто термометрами наружного воздуха, но предусматривают индикатор, обычно со снежинкой, который говорит о том, что погодные условия близки к образованию гололёда. С помощью данного термометра можно реализовать такую функцию. Выход термостата (клеммник Х2) можно подключить к какой-нибудь лампочке на панели приборов, либо вывести дополнительный светодиод и настроив уставку +1 градус, можно индицировать падение температуры до этой уставки.

Ну вот и всё. Удачи по жизни и на дорогах!!!

P.S. Есть вариант точно такого же конструктора на пару долларов дешевле (спасибо gargargar за информацию). Но там качество печатной платы хуже. Это отметил и gargargar в своём комменте, и на странице товара есть также соответствующий коммент "Very hard to solder, blue PCB"