Размещено на http://allbest.ru

Вступ

метеостанція електричний схема

Погода - сукупність значень метеорологічних елементів і атмосферних явищ, які спостерігаються в певний момент часу в тій чи іншій точці простору.

Погоду можна описати тиском, температурою і вологістю повітря, силою і напрямом вітру, хмарністю, атмосферними опадами, дальністю видимості, атмосферними явищами (туманами, хуртовинами, грозами) та іншими метеорологічними елементами.

Погода відчуває безперервні зміни, які можуть бути дуже відчутні не тільки від одного дня до іншого, а й протягом навіть декількох хвилин.

Метеорологія (від грец. Metйфros - піднятий вгору, небесний, metйфra - атмосферні і небесні явища і ... логія), наука про атмосферу і процеси, що відбуваються в ній.

Перед виходом з дому ми, так чи інакше, цікавимося погодою. Хтось дивиться на градусник, хтось прогноз погоди по телевізору, хтось в інтернеті - «sinoptik.ua», деякі взагалі довіряють народними прикметами. Всі ці варіанти не зовсім точні.

Багато компаній пропонують альтернативу - домашні метеорологічні станції, що дозволяють з певною точністю виміряти метеорологічні показники за вікном. Доторкнутися до науки, що вивчає атмосферні і небесні явища, фізику атмосфери, природу погоди, самим стати вченими.

Одну з таких станцій опише дана робота.

1. Обгрунтування необхідності проектування на основі аналізу існуючих аналогів

1.1 Огляд існуючих домашніх метеостанцій

Прилад "Астра-01" призначений для передбачення змін погодних умов і висновків даних на екран. Даний прилад використовується, насамперед дослідниками, так як всю потрібну інформацію про зміну погоди "Астра-01" бере з супутника. Все що потрібно - встановити на домашній комп'ютер спеціальну програму, яку можна скачати в інтернеті. Сам прилад підключається до системного блоку і видає точні метеопрогнози на наступний день: температуру повітря може передбачити з точністю до одного градуса, а наближення дощу - з точністю до десяти хвилин.

Основні характеристики "Астра-01"

Параметри "Астра-01"

Країна виробника Росія

Напруга живлення, В 5

Max струм споживання, мкА 4

Діапазон температур, t C -40 ... + 50

Діапазон вологості,% 0 ... 100

діапазон атмосферного

тиску, мм Hg 112 ... 862

Розміри без упаковки

(ШхВхГ), мм 150х100х31

Маса, г 1000

Робоча частота, МГц 10000 ± 10

вартість 3500грн

Прилад обійшовся всього у три тисячі гривень (як для вітчизняного це недорого), тоді як подібні пристрої промислового виробництва коштують близько 30 тисяч. Пристрій, що вмістився в невелику пластикову коробку висотою 10 і шириною 15 сантиметрів, без зусиль зчитує інформацію з супутників. Зовнішній вигляд приладу представлений на малюнку 1.

Даний прилад має два суттєвих недоліки:

людям які не вміють користуватися комп'ютером не зможуть дізнатися прогноз погоди;

прогнозування погоди наступного дня, а не на прогноз поточного моменту часу.

Рисунок 1.1 "Астра-01"

Прилад "OZON" - це портативна домашня метеостанція яка вимірює тиск, вологість повітря, і температуру в домашніх умовах. Пропонований прилад відрізняється від аналогів використанням сучасної бази, вичерпним в домашніх умовах набором вимірюваних параметрів, наявністю інтерфейсу USB, що суттєво для зв'язку з сучасними комп'ютерами, що не мають найчастіше інших інтерфейсів, великою внутрішньою пам'яттю, збереженням працездатності при відсутності частини датчиків, наявністю годинника, звичайного і місячного календарів.

Основні характеристики "OZON".

Параметри "OZON"

Країна виробника Німетчина

Напруга живлення, В 9

Max струм споживання, мкА 5

Діапазон температур, t C -55 ... + 90

Діапазон вологості,% 0 ... 100

діапазон атмосферного тиску, мм Hg 112 ... 862

Розміри без упаковки (ШхВхГ), мм 70х90х40

Маса, г 500

Робоча частота, МГц 9500

вартість 1250 грн

Рисунок 1. 2. "OZON"

Прилад "Orion" побудований на Picaxe микроконтроллере від Revolution Education Ltd і складається з двох основних частин: зовнішній блок, який посилає свої дані кожні 2 секунди, використовуючи передавач на частоті 433МГц. І внутрішній блок, який відображає отримані дані на 20 х 4 РК-дисплеї, а також атмосферний тиск, який вимірюється локально у внутрішньому блоці. Зв'язок пристрою з комп'ютером здійснюється через COM-порт. В даний час на комп'ютері безперервно будуються графіки з отриманих значень, а також йде відображення значень на звичайних індикаторах. Графіки і показники датчиків доступні на вбудованому веб-сервері, всі дані збережуться і Т.ч. можна подивитися дані за будь-який проміжок часу. Конструктивно пристрій має бути виконано у вигляді окремого блоку, зібраного в корпусі розмірами не більше 160x153x30мм, і масою не більше 700 г. Пристрій не повиннен мати резонансних частот в області від 10 до 30Гц. На передній панелі індикатор даних, кнопки управління і світлодіодні індикатори живлення й обміну даними USB, з торців пристрою розташовані роз'єми для підключення живлення, зовнішніх датчиків і інтерфейсу USB. Живлення пристрою повинно здійснюватися від побутової мережі живлення напругою 220В 50Гц, при відключенні мережевого живлення пристрій живиться від акумуляторної батареї напругою 6 В. Таблиця 1.3 Основні характеристики "Orion".

Параметри "Orion"

Країна виробника США

Напруга живлення, В 6

Max струм споживання, мкА 4

Діапазон температур, t C -40 ... + 50

Діапазон вологості,% 0 ... 100

діапазон атмосферного

тиску, мм Hg 112 ... 862

Розміри без упаковки

(ШхВхГ), мм 160х153х30

Маса, г 700

Робоча частота, МГц 433

вартість 1700

Важливим недоліком "Orion" є складність його установки виносні датчики потрібно розташовувати у визначених місцях для більш точних вимірювальних показників. У даного приладу низькі показники вимірювальних датчиків. До того ж у приладу складна елементна база що різко підвищує вартість виробу

До плюсів можна віднести живлення як від мережі 220В так і від батареї 6В. Важливою перевагою є ще й те що дані з датчиків передаються дистанційно.



Рисунок 1. 3. "Orion"

1.2 Тенденції у розвитку сучасних домашніх метеостанцій

Виносні дротові або бездротові датчики. На даний момент багато, але далеко не всі домашні метеостанції мають цю функцію. Можливість вимірювати температуру на вулиці, та ще й минаючи дроти - звичайно дуже зручна. Природно, що така технологія вимагає окремих витрат, причому не маленьких. Тому, виробники метеостанцій, часто включають цю функцію в свої метеостанції, але не включають бездротовий зовнішній датчик для метеостанції в комплект поставки, дозволяючи покупцеві вибирати самостійно: потрібна йому ця функція чи ні.

Прогнозування погоди. Багато метеостанції мають спеціальні алгоритми, що дозволяють метеостанції прогнозувати погодні зміни та інформувати вас. Крім основних функцій, що роблять домашню метеостанцію - метеостанцією, існують також додаткові, що перетворюють вашу метеостанцію в годинник, будильник, радіо чи навіть фоторамку.

Проекційні можливості. Домашня метеостанція іноді має проекційні можливості, що дозволяють проектувати час і погоду на будь-яку поверхню.

Інтернет метеостанції. Такі домашні метеостанції здатні отримувати прогноз погоди в Інтернеті, синхронізувати точний час а також передавати точні прогнози погоди Вашому комп'ютеру.

Більшість сучасних користувачів вважають зайвою функцію метеостанції, яка дає можливість визначати рівень ультрафіолетового випромінювання. Хоча, для деяких цей показник теж має значення. Метеостанція не тільки покаже рівень ультрафіолетового випромінювання, але і визначить оптимальну тривалість перебування на сонці після введення таких параметрів, як рівень захисту сонцезахисного крему, тип шкіри. Завдяки звуковому сигналу користувач може дізнатися, що йому пора йти з сонця.

Електронна метеостанція може давати прогноз на найближчу добу, визначить напрямок і швидкість вітру, точку роси, кількість опадів і т.д. Тому вибір полягає тільки в потребах покупця і його фінансових можливостях.

1.3 Патентний огляд

Патентний пошук являє собою процедуру, що дозволяє отримати інформацію про розробки, на які зареєстровані авторські права, що дає можливість уникнути виникнення проблемних ситуацій і заощадити безліч часу.

Так, зацікавлена особа може відшукати патент за номером, імені автора або правовласника і дізнатися про документ докладні відомості: чи діє він зараз, чи можливо його відновлення, полягали чи по ньому ліцензійні договори. Отримання даної інформації дозволяє захистити свої авторські права, а також ідентифікувати юридичний статус тих чи інших розробок.

Попередній патентний пошук дозволяє виключити ймовірність відмови в реєстрації торгової марки, винаходи та інших розробок за рахунок об'єктивної оцінки їх патентоспроможності. Вона проводиться шляхом порівняння істотних ознак нововведення з характеристиками об'єктів, на які вже отримані авторські права або подані заявки на їх оформлення.

При цьому в розрахунок приймаються наступні критерії:

новизна для будь-яких розробок;

промислова придатність для корисних моделей і винаходів;

оригінальність для промислових зразків;

винахідницький рівень для винаходів.

У ході патентного пошуку перевірка даних здійснюється з інформаційних баз патентної літератури, які містять відомості не тільки про права, зареєстрованих в Росії і за кордоном, але і авторських свідоцтвах СРСР, а також заявок, поданих на реєстрацію. Розширеною версією даної процедури є патентно-інформаційний пошук. У його рамках здійснюється аналіз інформації, знайденої в офіційних патентних базах, а також в інших джерелах: періодичної преси (науково-популярних журналах, галузевих виданнях); довідкової та технічної літератури; дисертаціях; підручниках; відомостях, розміщених у віртуальному просторі. Це дає можливість автору розробки більш об'єктивно оцінити її властивості, а також скорегувати риси, які дублюють вже зареєстровані об'єкти і гарантувати успішне проходження процедури патентування.

Патент № 2279699 Спосіб прогнозування погоди// Удмуртський державний університет(Росія) від 20.05.2011

Винахід відноситься до області метеорології. Технічний результат полягає розширенні спектру завчасності прогнозу. Спосіб полягає в тому, що вимірюють метеорологічні величини в заданому часовому інтервалі, обробляю їх і за результатами обробки отримують залежності зміни погоди в часі, виділяють по ним погодні кластери, за характером

Опис винаходу залежності всередині кластера і по зміні типу залежності всередині кластера і типом прикордонних з ним кластерів складають прогноз погоди, причому вимірювання метеорологічних величин здійснюють з мінімальним базовим часовим інтервалом, а зміни погоди обчислюють як за базовим часового інтервалу, так і за обраними на його основі іншим іншим тимчасових інтервалах, що не перевищує граничний максимальний інтервал, шляхом поперемінної засилання значень попередніх і наступних вимірювань в пару регістрів мікрокомп'ютера.

Патент № 2200336 Спосіб визначення зміни погоди// Удмуртський державний університет(Росія) від 10.03.2010

Винахід відноситься до області метеорології. Даним приладом вимірюють атмосферний тиск, температуру і відносну вологість повітря з початку доби кожні три години. Зміна погоди визначають порівнянням отриманих даних в заданому часовому інтервалі, а замість значень бази даних беруть дані одних попередньої доби. Набори виміряних протягом обраного періоду часу параметрів погоди a і b, відповідні попереднім і наступним календарним добі, порівнюють між собою по заданій умові. За отриманими для кожної пари попередніх і поточної доби значенням k будують залежності k від часу, за допомогою якої визначають погодні кластери - відповідні типи погоди і по них складають прогноз зміни погоди. Технічний результат: підвищення точності та спрощення зміни погоди.

Патент № 2251128 Переносна метеостанція// Відкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація" Енергія "ім. С.П. Корольова"(Росія) від

Комплексна метеостанція належить до екологічних інформаційним станціям, а саме до станцій автоматичного контролю фізико-хімічного, радіаційного стану атмосферного повітря. Переносна комплексна метеостанція містить термостатований корпус з розміщеною всередині нього вимірювальної, мікропроцесорної та передає інформацію апаратурою та метеодатчики. Також введено опадомір, виконаний у вигляді відтарованої посудини з конічною горловиною і зливною пробкою. Горловина безпосередньо повідомлена з атмосферою і забезпечена електронагрівачем з датчиком температури. До донної зони внутрішнього об'єму посудини підведений зливний трубопровід з електромагнітним клапаном. Нижче рівня вхідного отвору зливного трубопроводу в посудину вбудований датчик перепаду тиску з температурною компенсацією. Технічний результат: підвищення функціональних можливостей пристрою.

2. Обґрунтування технічного завдання

На сучасному ринку домашніх метеостанцій представлена велика кількість приладів визначающих особливості погодних умов, або метеорологічних характеристик у заданій точці. Всі вони мають різні характеристики та різні додаткові можливості, але всі вони виконують одну функцію - вимірювання або прогнозування погодних умов.

В результаті аналізу ринку домашніх метеостанцій та їх характеристик визначаємо характеристики розробляємого приладу.

Діапазон вимірювання атмосферного тиску, 15-115 кПа

Діапазон вимірювання відносної вологості повітря, 0-100%;

Діапазон вимірювання температури, ⁰С - 50…+150;

Похибка вимірювання атмосферного тиску ±1.5%

Похибка вимірювання відносної вологості повітря, ± 2% RH

Точність контролю температури:

±1,5(20- 40) ;

±1,8 (-50...70) ;

±2,1 (-50- 90) ;

±2,7 (-50- 150)

Основні характеристики мікроконтролера:

діапазон напруги живлення: від 2,7 до 6,0 В;

діапазон тактової частоти: від 0 до 20 МГц;

діапазон роботи АЦП: від 4 до 5,5 В;

час перетворення АЦП: 70...280 мс;

клас точності 0,05

Основні характеристики послідовного інтерфейсу ADM232LIN:

діапазон вхідної напруги низького рівня: від 0 до 0,8 В;

діапазон вхідної напруги високого рівня: від 2,4 до 5 В;

час установки вихідної напруги: 4 мс;

діапазон вихідної напруги: ± 10 В;

швидкість передачі даних: 19200 бот;

- максимальна помилка при передачі: 0,2 %

Основні характеристики аналого-цифрового перетворювача АD1674

- Монолітний 12 бітний 10 мс АЦП зі схемою вибірки ;

- Вбудований пристрій вибіраки-зберігання ;

- Цоколевка, що відповідає промисловому стандартові ;

- 8 і 16 бітний мікропроцесорний інтерфейс ;

- Визначені і перевірені статичні і динамічні характеристики ;

- Уніполярний і біполярний входи ;

- Діапазони вхідного сигналу ±5 В, ±10 В, 0 В - 10 В и 0 В - 20 В ;

- Комерційні, індустріальні і військовий температурні діапазони ;

- MІ-STD-883 і SMD корпусні виконання ;

Основні властивості датчика відносної вологості Модель RL-1HS100:

- похибка ± 2% RH;

- діапазон виміру 0-100 % RH;

- лінійність ± 0.5% RH;

- гістерезис ± 1.2% RH;

- відтворюваність + 0.5% RH;

- постійна часу 15 сек. ;

- стабільність ± 1 % RH за 5 років;

- температурний діапазон -40 to 85 .

Основні властивості датчика атмосферного тиску. Модель RL-1APS115:

- похибка ±1.5% ;

- діапазон виміру 15-115 кПа ;

- часу встановлення 0,02 сек. ;

- температурний діапазон -40 °С to 85 °С.

Граничні режими :

- Атмосферний тиск400 кПа ;

- Температура збереження+5...+40 °С ;

- Напруга живлення+22 В ;

- Відносна вологість, не більш... 100% ;

- Тік навантаження5 мА

Основні характеристики датчика температури. Модель LM94022:

- Напруга живлення 1,5-5.5 В ;

- Споживаний струм 9 мкА (типове значення) ;

- Навантажувальна здатність ±50 мкА ;

- Точність контролю температури:

±1,5(20- 40) ;

±1,8 (-50...70) ;

±2,1 (-50- 90) ;

±2,7 (-50- 150) ;

- Робітник температурний діапазон: -50-150 ;

Прилад, що розробляється призначений для виміру метеорологічних елементів - характеристик атмосферного стану: атмосферний тиск (від 15, до 115 кПа), відносна волога (від 0, до 100 відсотків), температура (від (-50, до150). Середня похибка приладу - 1,5 %.

Принцип дії полягає в наступному:

Три датчика вимірюють свої фізичні величини. На виході яких після вимірювання утворюється аналогова величина, яка подається через мультирлексор на АЦП. Яка перетворює аналогову величину в цифровий код. Після цього цей код проходить на мікроконтролер. А потім через інтерфейс на ПК.

2. Розробка структурної схеми мікропроцесорної метеостанції

Підхід до вибору блоків, з яких складається структурна схема здійснювався на основі сучасних, модернізованих та ефективних мікроелектронних компонентів.



Рисунок 3.1 - структурна схема мікропроцесорної метеостанції:

1 - датчик температури;

2 - датчик тиску;

3 - датчик вологості;

4 - мультиплексор;

5 - АЦП;

6 -Мікроконтролер;

7 - Інтерфейс;

8 Персональний комп'ютер;

Блок 1 - датчик температури, призначений для вимірювання температури повітря;

Блок 2 - датчик тиску, призначений для вимірювання тиску повітря;

Блок 3 - датчик вологості, призначений для вимірювання вологості повітря;

Блок 4 - мультиплексор, призначений для керування потоками даних для вибору каналу за якими проводиться вимірювання та інших задач пов'язаних с керуванням потоками інформації.

Блок 5 - АЦП, призначений для перетворення відхідної безперервної величини в якій міститься вимірювальна інформація у цифровий код, який теж містить цю інформацію.

Блок 6 - Мікроконтролер, призначений для обробки вимірювальної інформації, яка переставлена у цифровому вигляді, керування потоками інформації, забезпечення обміну даними між окремими частинами ІВС та зовнішніми пристроями.

Блок 7 - Інтерфейс, призначений для обміну даними між зовнішніми пристроями.

Блок 8 - Персональний комп'ютер .

Три датчика вимірюють свої фізичні величини. На виході яких після вимірювання утворюється аналогова величина, яка подається через мультирлексор на АЦП. Який перетворює аналогову величину в цифровий код. Після цього цей код поступає на мікроконтролер. А потім через інтерфейс на ПК.

3. Розробка електричної принципової схеми мікропроцесорної метеостанції

Поєднавши перераховані в розділі 5 компоненти схеми, розроблена електрична функціональна схема приладу, представлена на рис. 4.1. Працює вона таким чином.

Три датчики, які показані на схемі трьома розйомами XS1, XS2, XS3. Проводять вимірювання трьох фізичних величин таких як відносна вологість, атмосферний тиск і температура. Вихідний сигнал цих датчиків аналогова величина, яка поступає через аналоговий мультиплексор на 12 розрядний АЦП АD1674, який перетворює аналогову величину в цифровий код . Після цього цей цифровий код поступає на мікроконтролер PIC16F873. Після цього на порти персонального комп'ютера, які показані на схемі розйомами XS4. Сигнал між мікроконтролером AT90S8515 і персонального комп'ютером передається через інтерфейс RS-232. Який складається з гальванічної розв'язки і перетворювача рівнів MAX232. Гальванічна розв'язка побудована на основі двох оптронів 4N35 і мікросхеми МС7805.

Рисунок 4.1 - Схема електрична принципова мікропроцесорної метеостанції

4. Розрахунок основних елементів пристрою

4.1 Вибір мікроконтролера

Для реалізації задач дипломного проекту використовується 8-розрядний мікроконтролер фірми Microchip Technology Inc. серії PIC16F873A-I/SO

PIC - мікроконтролери Гарвардської архітектури, вироблені американською компанією Microchip Technology Inc. Назва PIC є скороченням від Peripheral Interface Controller, що означає «контролер інтерфейсу периферії». Назва пояснюється тим, що спочатку PIC призначалися для розширення можливостей введення-виведення 16-бітних мікропроцесорів CP1600.

У номенклатурі Microchip Technology Inc. представлений широкий спектр 8-й, 16-й і 32-бітних мікроконтролерів і цифрових сигнальних контролерів під маркою PIC. Відмінною особливістю PIC-контролерів є хороша спадкоємність різних сімейств. Це і програмна сумісність (єдина безкоштовна середовище розробки MPLAB IDE), і сумісність за висновками, по периферії, по напруженням харчування, за коштами розробки, по бібліотеках і стеком найбільш популярних комунікаційних протоколів. Номенклатура налічує більше 500 різних контролерів з усілякими варіаціями периферії, пам'яті, кількістю висновків, продуктивністю, діапазонами харчування і температури і т. д.

PIC16F873A-I / SO є потужним 8-розрядних мікроконтролерів сімейства PIC16F. Мікроконтролер випускається в 28-контактному корпусі SOIC-28 Wide і повністю сумісний з PIC16C5X, PIC12CXXX і PIC16C7X пристроями. PIC16F873A-I / SO містить незалежну пам'ять EEPROM 128-bit даних, 2 компаратора і 5 каналів 10-bit аналого-цифрового перетворювача (A / D). Синхронний послідовний порт може бути налаштований як 3-дротовий послідовний Peripheral Interface (SPI ™) або 2-дротовий Inter-Integrated Circuit (IІC ™) драйвер, і може працювати в якості універсального асинхронного прийомопередавача (USART). Дані особливості роблять мікроконтролер PIC16F873A-I / SO ідеальним вибором для використання в автомобільній, промислової та побутової техніки, а також, у багатьох споживчих додатках.

особливості:

Тип: мікроконтролер;

Ядро: PIC16FXX;

Розрядність: 8;

Тактова частота: 20MHz;

Розмір ROM-пам'яті: 4K;

Розмір RAM-пам'яті: 192;

Кількість каналів, внутрішній АЦП: 5шт .;

Температурний діапазон: -40 ° C ... 85 ° C;

Корпус: SOIC-28 Wide.

Відомості про продукт і характеристики

Номенклатурний номер PIC16F873A-I / SO

Виробник Microchip

Номенклатурний номер виробника PIC16F873A-I / SO

Опис 8-bit Microcontrollers (MCU) 7KB 192 RAM 22 I / O

Категорія 8-bit Microcontrollers (MCU)

Специфікація

ядро PIC16

Серія процесора PIC16

Ширина шини даних 8bit

Максимальна тактова частота 20MHz

Розмір програмної пам'яті 7KB

Розмір ОЗУ даних 192B

Вбудований в чіп АЦП 4V дo 5.5V

Робоча напруга живлення SOIC-28 Wide

Вид монтажу SMD / SMT

Розрядність АЦП 10bit

Доступні аналогові / цифрові канали 5

Розмір ПЗУ даних 128B

Висота 2.31mm

Тип інтерфейсу I2C, SPI, USART

довжина 17.87mm

Максимальна робоча температура + 85 ° C

Мінімальна робоча температура -40 ° C

Кількість програмованих входів / виходів 22

Кількість таймерів 3

Тип пам'яті програм Flash

Ширина 7.49mm

RoHs-Немає

4.2 Вибір перетворювача рівня сигналу

За стандартною логікою одиниця представляється рівнем напруги від 2,4 до 5 В, а нуль - від 0 до 0,8 В. Проте, при передачі по каналу RS-232 нуль та одиниця кодуються однаковими за величиною(від 5 до 12 В), але різними за знаком сигналами. Так як для передач по RS-232 стандартні логічні сигнали повинні бути перетворені в сигнали другого рівня, необхідно передбачити у схемі відповідні засоби перетворення. Десять років тому, для цієї мети використовувались спеціальні каскади з трьох-чотирьох транзисторів, пари діодів і майже десятка резисторів. Зараз ситуація значно змінилась: провідні виробники мікросхем повністю завершенні перетворювачі, які потребують мінімальної кількості додаткових елементів. До них відносяться МАХ202Е від МАХІМ і повністю їй ідентична AD232 від Analog Devices. Всередині обидві мікросхеми містять перетворювач напруги +5 В у 10 В і каскади, що здійснюють перетворення логічних сигналів стандартного рівня у сигнали рівня по стандарту RS-232. Кожна з цих мікросхем містить перетворювачі логічного рівня для двох приймачів та двох передавачів. Кожна із перерахованих вище мікросхем містить перетворювачі логічного рівня для двох приймачів і двох передавачів. Ми використаємо мікросхему AD232 і тільки один її приймально-передавальний канал

Рисунок 5.1 - Схема включення послідовного інтерфейсу RS232

Швидкість обміну інформацією може бути вибрана в межах: від 9600 бот до 115200 бот. Оскільки мікро контролер при різних швидкостях і опорних частотах має різні помилки передачі, то при опорній частоті 4 МГц, яка використовується, ця помилка буде мінімальною при швидкості 19200 бот. Саме тому буде використовуватися така швидкість. Вона є достатньою для обміну інформацією між мікроконтролером і комп'ютером, а також дозволяє використовувати старі комп'ютери 386 типу.

Технічні характеристики послідовного інтерфейсу ADM232LIN:

діапазон вхідної напруги низького рівня: від 0 до 0,8 В;

діапазон вхідної напруги високого рівня: від 2,4 до 5 В;

час установки вихідної напруги: 4 мс;

діапазон вихідної напруги: ± 10 В;

швидкість передачі даних: 19200 бот;

максимальна помилка при передачі: 0,2 %

Живлення всіх елементів має бути стабільним, щоб уникнути збоїв у роботі системи. Для забезпечення високої стабільності використаємо джерело опорної напруги. Найкращими джерелами, які випускаються в теперішній час є: REF-02, AD586, AD780, LM113, TL431. Одним з найкращих джерел опорної напруги є мікросхема AD780. Схема підключення опорного джерела живлення. AD780 показана на рисунку 5.1

Рисунок 5.2 - Схема включення опорного джерела живлення

Джерело опорної напруги AD780 має такі технічні характеристики:

- відхилення напруги від опорного значення: ± 0,02 В;

- струм споживання 2 мА;

- діапазон струму навантаження: від 0 до 10 mА;

- температурний коефіцієнт вихідної напруги: 10^-5/ єС

Для того щоб вхідний сигнал якомога менше спотворити, при його проходженні через резистори, які будемо використовуватися для ділення напруги та схем включення мікроелементів - будуть прецензійними.

4.3 Аналого-цифровий перетворювач АD1674

Характеристики:

- Монолітний 12 бітний 10 мс АЦП зі схемою вибірки ;

- Вбудований пристрій вибіраки-зберігання ;

- Цоколевка, що відповідає промисловому стандартові ;

- 8 і 16 бітний мікропроцесорний інтерфейс ;

- Визначені і перевірені статичні і динамічні характеристики ;

- Уніполярний і біполярний входи ;

- Діапазони вхідного сигналу ±5 В, ±10 В, 0 В - 10 В и 0 В - 20 В ;

- Комерційні, індустріальні і військовий температурні діапазони ;

- MІ-STD-883 і SMD корпусні виконання ;

AD 1674 - багатоцільовий 12 бітний аналого-цифровий перетворювач, що містить Вбудовані пристрій вибіраки-зберігання (ПВЗ), 10 В джерело опорної напруги (ДНО), буфер тактових імпульсів і вихідний буфер із трьома станами для зв'язку з мікроконтролером. AD1674 сполучимо по висновках зі стандартними промисловими приладами AD574A і AD674A, але містить Вбудоване ПВЗ і має велику швидкість перетворення. Вбудоване ПВЗ має широку смугу пропущення, що забезпечує 12 бітне перетворення у всій смузі Найквиста.

Для AD1674 цілком визначені динамічні характеристики (відношення сигнал/ шум - S / (N+D) , THD, і ІMD) і статичні характеристики (зсув, абсолютна помилка і т.д.). Ці статичні і динамічні характеристики AD1674 роблять його ідеальним для використання в пристроях обробки сигналів і виміру постійного струму.

AD1674 виготовлений за унікальною технологією BіMOS ІІ компанії Analog Devіces, що дозволяє сполучити висока якість і швидкодія біполярної технології з малим споживанням КМОП технології.

Прилад випускається в п'ятьох різних температурних виконаннях. AD1674J і До виконання призначені для роботи в температурному діапазоні від 0°С до +70°С; А и В виконання призначені для роботи в індустріальному температурному діапазоні від - 40 °С до +85°С; AD1674T виконання призначене для роботи в розширеному температурному діапазоні від -55°С до +125°С. J і До виконання виробляються в 28 вивідних пластикових корпусах DІ і SOІ. А й У виконання випускаються в 28 вивідних герметичних керамічних корпусах DІ і 28 вивідних корпусах SOІ. T виконання випускається в 28 вивідному герметичному корпусі DІ.



Рисунок 5.3 - Схема включення АЦП AD1674

4.4 Датчик відносної вологості Модель RL-1HS100

Датчик відносної вологості RL-1HS100 побудований на основі сенсорного елемента HІН-3610-002 фірми Honeywell, виготовленою у виді інтегральної схеми. Сенсор використовує планерний ємнісний полімерний елемент, чуттєвий до вологості повітря. Другий шар полімеру захищає сенсор від бруду, пилу, жиру й інших шкідливих факторів навколишнього середовища. Датчик має калібрований лінеаризований вихід.

Область застосування:

- теплиці;

- холодильники;

- сушарки;

- метеорологія;

Основні властивості:

- похибка ± 2% RH;

- діапазон виміру 0-100 % RH;

- лінійність ± 0.5% RH;

- гістерезис ± 1.2% RH;

- відтворюваність + 0.5% RH;

- постійна часу 15 сек. ;

- стабільність ± 1 % RH за 5 років;

- температурний діапазон -40 to 85 .

Датчик вологості складається з інтегрального чуттєвого елемента (сенсора), що живиться від вбудованого стабілізатора напруги, і повторювача напруги який необхідний для ослаблення електромагнітних перешкод, виключення впливу опору навантаження і сполучної лінії на результати вимірів.

Датчики вологості калібрують виготовлювачем, у зв'язку з чим кожен датчик вологості має індивідуальні калібровані коефіцієнти. Ці коефіцієнти заносяться в калібрований файл пристрою введення інформації типу RL . При цьому відносна вологість визначається по формулі :

RH=(a₁ +a₂*V_out)*100%, (5.1)

де: RH - відносна вологість повітря в %; а₁ і а₂ - калібровані коефіцієнти; V_out - вихідна напруга датчика.

Рисунок 5.4 - Схема включення датчика відносної вологості RL-1HS100

4.5 Датчик атмосферного тиску. Модель RL-1APS115

Датчик атмосферного тиску RL-1APS115 побудований на основі сенсорного елемента МРХА4115A6LJ фірми Motorola, виконаного у виді інтегральної схеми. Датчик має калібрований лінеаризованный вихід.

Область застосування :

- метеорологія ;

- барокамери ;

- теплиці ;

Основні властивості :

- похибка ±1.5% ;

- діапазон виміру 15-115 кПа ;

- часу встановлення 0,02 сек. ;

- температурний діапазон -40 °С to 85 °С.

Датчик атмосферного тиску складається з інтегрального чуттєвого елемента (сенсора), що живиться від вбудованого стабілізатора напруги, і повторювача напруги який необхідний для ослаблення електромагнітних перешкод, виключення впливу опору навантаження і сполучної лінії на результати вимірів. Датчики атмосферного тиску калібрують виготовлювачем, при цьому атмосферний тиск визначається по формулі

Р=а₁ + a₂*V_out, (5.2)

де: Р - атмосферний тиск у кПа. а₁ і а₂ - калібровані коефіцієнти.

а₁=10,6, а₂=21,8 . V_out - вихідна напруга датчика.

Калібровані коефіцієнти вказуються для кожного датчика на зворотній стороні його корпуса. Датчик тиску підключають до одному з пристроїв введення аналогових сигналів RL-8AІ, RL-88АС, RL-40AІ або RL-32RTD. Після підключення датчика й експорту каліброваного файлу. У програму відображення даних RLDataVіew на екрані монітора комп'ютера будується графік залежності тиску від часу, що обновляється в міру надходження даних. Дані можуть бути збережені у файлі, роздруковані або експортовані в іншу програму, як, наприклад, MS Excel.

Граничні режими :

- Атмосферний тиск400 кПа ;

- Температура збереження+5...+40 °С ;

- Напруга живлення+22 В ;

- Відносна вологість, не більш... 100% ;

- Тік навантаження5 мА.

4.6 Датчик температури. Модель LM94022

Компанія Natіonal Semі-conductor представила перші аналогові датчики температури, що здатні працювати при напругі живлення 1,5 В и характеризуються можливістю вибору коефіцієнта передачі. Дані особливості дозволяють поліпшити експлуатаційні характеристики пристроїв температурного контролю і керування з низьковольтним живленям. LM94021 і LM94022 підтримують чотири обираних користувачі коефіцієнта передачі і контролюють температуру в діапазоні -50°С...+ 150°С. Широкий діапазон контрольованих температур, гнучкість і економічність роблять дані датчики чудовим вибором для низьковольтних систем з батарейним живленям, таких, як стільникові телефони, персональні цифрові пристрої, Мрз-плееры і цифрові камери.

LM94021 і LM94022 - прецизійні аналогові датчики температури, виконані за технологією КМОП і здатні працювати від джерела харчування напругою 1,5...5,5 В. Вихідна напруга цих датчиків назад пропорційно обмірюваній температурі для досягнення більш високої чутливості при підвищених температурах.

Користувачам пропонується вибрати один з чотирьох коефіцієнтів передачі:

-5,5 мВ/ , -8,2 мВ/, -10,9 мВ/, -13,6 мВ/.

LM94021 і LM94022 характеризуються малим споживаним струмом: 9 мкА і 5,4 мкА, відповідно. Дані датчики випускаються у мініатюрному корпусі SC70, а посадкове місце сумісне зі стандартним датчиком температури LM20.

Відмінні риси:

- Робота при напрузі живлення 1,5 В ;

- Двотактний вихід з навантажувальною здатністю 50 мкА (LM9402) ;

- Чотири обираємих користувачем коефіцієнти передачі ;

- Висока точність контролю в широкому температурному діапазоні 50……+150 ;

- Малий споживаний струм ;

- Захист виходу від короткого замикання ;

- мініатюрний корпус SC70 ;

- Сумісність посадкового місця зі стандартним датчиком температури LM20

Основні характеристики:

- Напруга живлення 1,5-5.5 В ;

- Споживаний струм 9 мкА (типове значення) ;

- Навантажувальна здатність ±50 мкА ;

- Точність контролю температури:

±1,5(20- 40) ;

±1,8 (-50...70) ;

±2,1 (-50- 90) ;

±2,7 (-50- 150) ;

- Робітник температурний діапазон: -50-150 ;

Області застосування:

- телефони ;

- Радіочастотні передавачі ;

- Керування батарейним джерелом ;

- Автомобільна електроніка ;

- Драйвери дисків ;

- Ігрові пристрої ;

- Побутові прилади.

Література

1. Хазанов Б.И. Интерфейсы измерительных систем.- М.: Энергия, 1979. - 169с.

2. Избыточные системы счисления, моделирование, обработка данных и системное проектирование в технике преобразования информации: Учеб. пособие / В.А. Поджаренко, А.Д. Азаров, В.А. Власенко, И.И. Коваленко.: - Выща шк., 1990. - 208 с.: ил.

3. Метрологическое обеспечение измерительных информационных систем (теория, методология, организация)./Е.Т. Удовиченко, А.А.Брагин, А.Л.Семенюк, В.И.Бородатый, Э.С. Браилов, Ю.И. Койфман, А.Д. Пинчевский. - М.: Изд-во стандартов, 1991.-192 с.

4. Вострокнутов Н.Н. Цифровые измерительные устройства. Теория погрешностей, испытаний, поверка. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-208 с.

5. Проектирование микропроцесорных измерительных приборов и систем/В.Д. Циделко, Н.В. Нагаец, Ю.В. Хохлов и др.- К.: Техніка, 1984.-215 с.

6. PIC-микроконтроллеры архитектура и программирование. Майкл Предко ДМК Пресс 2010

Размещено на Allbest.ru

...