Yakın Uzay projesinde, atmosfere çıkışta ve inişte değişen sıcaklıkların ölçülmesi çalışma alanlarından biridir. Ancak bu seyirde sıcaklık değeri ölçümü kadranı, bilinen ölçüm değerlerinin dışındadır. Şöyle ki; yeryüzü sıcaklığı varsayılan +25 derece kabul edilmiş ise, balonun patlama sınırındaki değer -55 derecedir. Bu sebeple görece ucuz ve bulunabilir bir malzeme olan yarı iletken LM135, LM35 ya da DS18B20 gibi sıcaklık sensörleri tercih edilebilir.
Eğer çok geniş bir aralıktaki sıcaklığı ölçmek istiyorsanız ve termometreniz ile geniş ölçekli veya hızlı tepki almanız gerekiyorsa yarı iletken üreticileri imdadınıza yetişir. Basit bir kural olan zener diyodunun kırılma voltajının mutlak sıcaklığa oldukça geniş bir aralıkta orantılı olması gereğine dayanarak pek çok sayıda entegre devre üretilmiştir.
LM135
Bu elemanlar 3 bacaklıdır. Kalibrasyon ucu boşta bırakılarak devrede zener diyot gibi iki bacak bağlantısıyla kullanılabilir. LM135, sıcaklık değerini Kelvin derecesi türünden gösterir. Cihaza bir akım verildiğinde voltaj düşümü Kelvin başına 10mV civarında olur. LM135 ile hassas bir sıcaklık algılayıcı devresi Şekil-1’de gösterilmiştir. Şekil-1’de gösterilen kullanım devresi 25 °C (298 °K)de 2.982V verir. 10Kohm’luk potansiyometre hata değerini dengelemek (kalibrasyon) için kullanılır.
Çıkış voltajı göreceli olarak cihazdan geçen akımdan bağımsızdır. Bu akım 0,4 ile 5mA arasındadır. —55 ile +150°C’ye kadar tipik hata kalibrasyonsuz devrede 9 °C ‘ye kadar çıkabilirken kalibrasyonu iyi yapılan bir devrede en çok 2 °C ‘dir.
LM35
LM35 entegresi pratik olarak 2-150 °C arasındaki sıcaklıkları ölçmek için kullanılır ve sıcaklığı doğrudan santigrad derecesi değerinden verir. Çıkış değeri aynen yukarıda bahsettiğimiz LM135 entegresinde olduğu gibi 10mV/°C ‘dir. Ancak bizim uygulamamızdaki gibi -55 °C sıcaklıklara kadar inebilmek için LM35’e biraz yardımcı olmamız gerekiyor. Bunun için iki yol var:
1- Negatif Gerilim Kaynağı:
LM35’in çıkışına negatif gerilim kaynağı ile bir destek verirsek negatif gerilimleri ölçebiliriz. Ancak bu durumda negatif gerilimleri ölçebilecek Analog Digital Converter (ADC)’de gerekli olacaktır. Mikrodenetleyicilerin çoğunda dahili ADC birimi için harici referans girişleri bulunmakla birlikte negatif gerilim işlerimizi biraz zorlaştıracak gibi görünüyor. Bir de ikinci yolumuza bakalım.
2- Entegrenin Referans Gerilimini Değiştirme:
Bu yol biraz daha kolaydır. LM35’in GND ucunu doğrudan devre GND’sine bağlamak yerine iki adet diyot kullanarak LM35’in GND gerilim seviyesini devreye göre yaklaşık 1.4V yukarı çekiyoruz. Bu durumda LM35 doğrudan °C türünden çıkış veremiyor, çünkü çıkış gerilimini okumaya çalıştığımızda olması gereken değerden 1.4V yukarı çıkıyor.
Ayrıca her diyodun ileri yön iletim gerilimi ufak tefek farklılıklar göstereceğinden bu devreden doğru bir sonuç elde edebilmek için güzel bir kalibrasyon gerekiyor. Bu kalibrasyon işlemi mikrodenetleyici yazılımında kolayca halledilebileceğinden bu yöntem bana biraz daha kullanışlı geldi. Şekil-2’de bu devrenin basit çizimini görebilirsiniz.
DS18B20
Maxim/Dallas firması tarafından üretilen DS18B20 sıcaklık algılayıcısı en fazla 0.5 derecelik hata ile -10 ile +85 dereceler arası ölçüm yapabilmekte ve sıcaklık bilgisini sayısal olarak vermektedir.
DS18B20 gibi sayısal çıkış veren sıcaklık algılayıcılarının kullanımı ile analog/sayısal dönüştürücü kullanımına gerek kalmamaktadır.
Ayrıca parazit besleme özelliği sayesinde harici besleme kaynağına gerek almadan sıcaklık bilgisi okunabilmektedir. Sensörün PIC’e bağlantısı yapılırken uygulanacak tek şey DQ data hattına 4.7 k’lık bir “pull up” direnciyle +5 volta bağlanması olacaktır.
İletişim için sadece tek port gerektirmesi, düşük enerji gereksinimi ve yüksek çözünürlüğü ile pek çok uygulamada kullanılabilecek gelişmiş bir sıcaklık sensörüdür.
Her DS18B20 entegresi yalnızca kendisine has, üretim esnasında belirlenen ve ROM belleğinde saklı olan 48bitlik (8 bit CRC kodu+48 bit seri no+8 bit aile kodu) seri koda sahiptir. Bu sayede aynı hat üzerinden birden fazla DS18B20 entegresi ile haberleşmeyi mümkün kılmaktadır.
Pek tabi maliyet de yapılacak tercihlerde önemlidir ancak Arduino vb gömülü sistemlerle çalışıyorsanız eski teknoloji yerine DS18B20 sensörlerinin tercih edilmesi uygundur.
Ek Dosyalar:
LM135 Datasheet
LM35 Datasheet
DS18B20 Datasheet
