Frosterkennung mit PT1000 und NE556           

von Michael Gaus                             
      Platz 4 im NE556-Schaltungswettbewerb        
       
Elektronik-Labor  Literatur  Projekte  Lernpakete  Kalender  Schaltungswettbewerb



Wenn im Frühling die Gartenzeit beginnt, dann stehen viele Hobbygärtner vor der Frage, ob es nachts aufgrund von Frost vielleicht doch noch zu kalt für die empfindlichen Pflanzen sein könnte. Hierzu kann diese sehr einfach mit wenig Aufwand aufzubauende Schaltung nützliche Dienste leisten. Dazu wird die Schaltung einfach einige Nächte lang draußen im Garten platziert, um überprüfen zu können, ob es nachts immer noch Frost gibt. Wenn morgens die LED blinkt, dann war es nachts noch zu kalt für die empfindlichen Pflanzen. Im Prinzip handelt es sich um eine Temperaturerkennung mit 1-Bit Speicher.

Verwendet wurden die Bauteile des Adventskalenders plus ein Zusatzbauteil: Ein temperaturabhängiger Widerstand des Typs PT1000.


Beschreibung des Schaltplans



Bei dieser Schaltung wird der erste der beiden im NE556 integrierten NE555 als Schwellwertschalter verwendet und der zweite als Blinker. Für den Schwellwertschalter wird nur einer der 2 integrierten Komparatoren des ersten NE555 verwendet. Der negative Eingang des Komparators ist an Pin 6 (Trigger) verfügbar, der hier an einen Spannungsteiler bestehend aus einem temperaturabhängigen Widerstand (PT1000) und zwei in Serie geschalteten Pullups mit jeweils 1 kOhm angeschlossen ist (R1 + R2). Abhängig von der Temperatur ändert sich der Widerstandswert des PT1000. Er beträgt ungefähr 1000 Ohm plus 3,85 Ohm pro Grad Celsius, d.h. bei 0 Grad Celsius hat er einen Widerstand von 1 kOhm.

Der positive Eingang des integrierten Komparators im ersten NE555 liegt über einen internen Spannungsteiler auf einem Spannungspegel von ungefähr 1/3 Vcc.Wenn die Spannung an Pin 6 unterhalb dieser Schwelle von 1/3 Vcc sinkt, dann schaltet der Ausgang des Komparators auf High-Pegel, wodurch das integrierte Flip-Flop des ersten NE555 durch den Set-Pin gesetzt wird. Somit geht der Ausgang an Pin 5 auf High-Pegel und deaktiviert den Reset-Pin des zweiten NE555 (Pin 10), sodass der darüber angesteuerte Blinker zu arbeiten beginnt.

Der zweite Komparator im ersten NE555 wird hier nicht benutzt, der Eingang Threshold (Pin 2) ist mit GND verbunden, sodass der Komparatorausgang auf Low-Pegel liegt und somit den Reset-Pin des integrierten Flip-Flops nicht aktivieren kann. Die einzige Möglichkeit, den Flip-Flop Ausgang wieder zurückzusetzen, besteht darin, am Pin 4 einen Low-Pegel anzulegen. Dies kann durch kurzes Brücken über einen Schaltdraht mit GND oder aber durch kurzes Entfernen der Batterie erfolgen. Wenn also die Temperatur unterhalb einer bestimmten Schwelle abgesunken ist, wird dies solange gespeichert und per LED-Blinken angezeigt, bis der Reset betätigt wird.

Über R3 und C2 wird dafür gesorgt, dass beim Einschalten ein kurzer Resetpuls am ersten NE555 erzeugt wird. Somit befindet sich der Blinker nach dem Einschalten definiert in Stellung "aus", bis die Temperaturschwelle unterschritten wird.


Kurz zusammengefasst
Wenn die Spannung an Pin 6 unterhalb 1/3 Vcc abgesunken ist, wird die LED solange blinken, bis der Reset betätigt wird.Die Spannung an Pin 6 entspricht einer bestimmten Temperatur des PT1000, die Triggerschwelle kann über den Pullup eingestellt werden. Wenn eine Triggerschwelle von 0 Grad Celsius gewünscht ist, dann beträgt der Widerstandswert ungefähr 1000 Ohm. Um einen Spannungspegel von 1/3 Vcc am PT1000 zu erreichen, muss der Pullup den doppelten Wert haben, in diesem Fall dann 2000 Ohm. Dafür wurden hier 2 in Serie geschaltete 1 kOhm Widerstände verwendet.

Bei den dem Adventskalender beiliegenden Widerständen handelt es sich um Kohleschichtwiderstände, die eine Toleranz von bis zu 5% aufweisen können. Um eine bessere Messgenauigkeit zu erhalten, kann man Metallschichtwiderstände mit einer Toleranz von 1% oder noch besser 0,1% einsetzen.


Anleitung zur Einstellung von anderen Temperaturschwellwerten
Anstatt den beiden 1 kOhm Widerständen (R1 + R2) kann man für R1 einen 1,8 kOhm Widerstand und für R2 ein 500 Ohm Potentiometer verwenden. Vor der Benutzung muss dann mit dem Potentiometer die gewünschte Triggerschwelle für die Temperatur eingestellt werden. Der ungefähre Widerstandswert des PT1000 kann folgendermaßen berechnet werden:
R_Temp = 1000 Ohm + 3,85 Ohm pro Grad Celsius Beispiel: 4 Grad Celsius entspricht einem Widerstandswert von 1000 + (3,85 * 4) = 1015,4 Ohm

Der Pullup muss den doppelten Widerstandswert aufweisen:
1015,4 * 2 = 2030,8 Ohm

Das Potentiometer kann dann dementsprechend eingestellt werden, um diesen Widerstandswert als Summe von R1 und R2 zu erzielen. Wenn eine Feineinstellung vorgenommen werden soll, muss der PT1000 auf die gewünschte Triggertemperatur gebracht und akklimatisiert werden und dann das Potentiometer so eingestellt werden, bis der LED-Blinker gerade von aus nach ein umschaltet.