Измеритель освещенности на основе твердотельного сенсора с цифровым интерфейсом
Исследование вопросов создания цифровых измерителей освещенности, выполненных на основе кремниевых фотодиодов, интегрированных в структуру программируемого датчика с цифровым интерфейсом. Проведение анализа основных режимов работы цифровых измерителей.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2019 |
| Размер файла | 141,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
УДК 621.317.3
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Измеритель освещенности на основе твердотельного сенсора с цифровым интерфейсом
А.А.Кабанов, А.Н. Тамбовцев, А.И. Щелканов
Аннотация
цифровой измеритель кремниевый датчик
Рассмотрены вопросы создания цифровых измерителей освещенности, выполненных на основе кремниевых фотодиодов, интегрированных в структуру программируемого датчика с цифровым интерфейсом. Проведен анализ основных режимов работы .
Ключевые слова: Осветительные системы, светодиоды, датчики светового потока, микроконтроллер.
Для жизнедеятельности человека показатели освещенности являются очень важным аспектом, так как восприятие мира для человеческого зрения связано именно со светом. При недостаточном освещении рабочий плохо видит окружающие предметы и плохо ориентируется в производственной обстановке. Хорошее освещение необходимо для нормального видения окружающих предметов и предотвращения заболеваний зрительного анализатора. Оно воздействует через сетчатку глаза на рабочие процессы мозга, влияет на функциональное состояние слухового аппарата, эндокринных органов, имеет бактерицидное и витаминообразующее действие. Недостаточная освещённость угнетает, понижается работоспособность, появляется сонливость. Слишком яркий свет, наоборот, возбуждает, способствует подключению дополнительных ресурсов организма, вызывая их повышенный износ.
Управление современными осветительными системами, реализованными на мощных светодиодах, предполагает измерение таких физических величин, как температура, давление, влажность воздуха и освещенность поверхности. Специфика условий эксплуатации таких систем обусловливает актуальность корректного выбора измерительных интерфейсов датчиков.
Анализ применения датчиков с точки зрения минимизации аппаратурных затрат и обеспечения высокой надежности выявил весьма высокую перспективность датчиков с цифровым последовательным коммуникационным интерфейсом I2C. При этом обеспечивается значительное упрощение монтажа датчиков на объекте, унифицируется встроенное программное обеспечение управляющего микроконтроллера, повышается надежность системы управления в целом.
Если для датчиков температуры, давления и влажности воздуха можно найти стандартное, описанное в литературе решение, то для датчиков светотехнических параметров не все так просто.
Датчики светового потока, выполненные на основе кремниевых фотодиодов (фирма Freescale), присутствующие на рынке средств измерений, имеют недостаточно высокие метрологические характеристики и приемлемые для практики условия эксплуатации. Характерная для полупроводниковых датчиков значительная температурная погрешность достаточно трудно минимизируется программными средствами из за отсутствия аналитических зависимостей номинальной статической характеристики преобразования [1].
Появившиеся в последнее время цифровые датчики освещенности представлены фирмой Intersil и имеют самые высокие в своем классе метрологические характеристики. Эти датчики имеют интегрированный в структуру кристалла фотодиод, прецизионный аналого-цифровой преобразователь и программно-аппаратные средства коррекции аддитивных и мультипликативных погрешностей фотодиода, обусловленных изменениями температуры окружающей среды. Таким образом, обеспечивается также и компенсация технологического разброса датчиков.
Многоточечная схема измерения может быть реализована простым параллельным соединением датчиков на шине I2C. Исключение конфликтов между датчиками на шине обеспечивается назначением уникального адреса каждому датчику или, при невозможности выполнения последнего, введением шинного арбитра [3].
На рис.1 приведена структурная схема миниатюрного микропроцессорного измерителя освещенности.
Первичный измерительный преобразователь (ПИП) через масштабирующий преобразователь (МП) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) подключен к Arduino (Arduino). Конструктивно ПИП, МП и АЦП выполнены в едином технологическом цикле на кремниевом кристалле и имеют стандартный последовательный коммуникационный интерфейс [2].
Для обеспечения комплекса необходимых сервисных функций в устройство введены жидкокристаллический символьно-цифровой дисплей.
Питание узлов структуры осуществляется источником питания (ИП) на основе литий-полимерного аккумулятора.
Рис.1. Структурная схема миниатюрного микропроцессорного измерителя освещенности
На Рис.2. представлена принципиальная схема подключения датчика освещенности и дисплея к Arduino.
Рис.2. Принципиальная схема миниатюрного микропроцессорного измерителя освещенности
Проведенные экспериментальные исследования изготовленного макетного образца с датчиком, снабженным интерфейсом I2C, показали полную работоспособность устройства. Основная относительная погрешность измерения в диапазоне 300…65535 люкс не превысила 1%. Возможно дальнейшее улучшение метрологических характеристик за счет совершенствования алгоритма коррекции аддитивных погрешностей.
Отказ от передачи слабых аналоговых сигналов по линиям связи за счет применения цифрового последовательного интерфейса позволяет значительно повысить помехозащищенность устройства и упростить выполнение требований технического задания в части электромагнитной совместимости при разработке конструкторской документации [4].
Унификация интерфейса для всех датчиков, используемых в устройстве управления, обеспечивает упрощение задачи создания прикладного программного обеспечения.
Библиографический список
1. Раннев Г.Г. Методы и средства измерений. 2003г.
2. Агуров П.В. Последовательные интерфейсы ПК. Практика программирования.-СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 496 с.: ил.
3. Семенов Б.Ю. Шина I2C в радиотехнических конструкциях.-М.: СОЛОН-Р, 2002. - 189 с.: ил.
4. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники/ П.П.Орнатский -2-е изд., перераб. и доп.- Киев: Вища школа, Головное изд-во, 1983. - 455с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Структурная схема цифровых систем передачи и оборудования ввода-вывода сигнала. Методы кодирования речи. Характеристика методов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. Способы передачи низкоскоростных цифровых сигналов по цифровым каналам.
презентация [692,5 K], добавлен 18.11.2013Технические характеристики цифрового компаратора. Описание цифровых и аналоговых компонентов: микросхем, датчиков, индикаторов, активных компонентов, их условные обозначения и принцип работы. Алгоритм работы устройства, структурная и принципиальная схемы.
курсовая работа [1023,2 K], добавлен 29.04.2014Рассмотрение устройства, принципа действия и погрешностей импульсных и селективных вольтметров, универсальных электролучевых осциллографов, серийных цифровых частотомеров, измерителей индуктивности, емкости и корреляционной функции случайного сигнала.
контрольная работа [108,6 K], добавлен 01.05.2010Разработка проекта объединения двух локальных сетей в корпоративную на основе цифровых технологий передачи данных. Характеристика производства и оборудования ADSL, HDSL и VDSL, их применение. Настройка сетевого соединения и безопасности ресурсов.
курсовая работа [930,3 K], добавлен 01.04.2011Характеристика телефонной сети. Особенности построения цифровых радиорелейных линий. Выбор оборудования. Определение числа пролетов и выбор трассы РРЛ, оптимальных высот подвеса антенн. Вероятность ошибки, проскальзывание и фазовое дрожание импульсов.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 29.05.2014Модернизация поплавкового датчика угловой скорости (ДУС) путем введения цифровой обратной связи, разработка его структурной схемы с процессором. Математическая модель ДУС с цифровым регулятором. Расчет основных параметров. Анализ погрешностей датчика.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 30.01.2012Понятие и обзор современных систем передачи информации, исследование основ преобразования сигналов и характеристик цифровых фильтров. Общая характеристика и специфические признаки процесса построения цифрового фильтра на основе полиномов Бернштейна.
дипломная работа [740,3 K], добавлен 23.06.2011Понятие моделей источников цифровых сигналов. Программы схемотехнического моделирования цифровых устройств. Настройка параметров моделирования. Определение максимального быстродействия. Модели цифровых компонентов, основные методы их разработки.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 12.11.2014Основные положения алгебры логики. Составление временной диаграммы комбинационной логической цепи. Разработка цифровых устройств на основе триггеров, электронных счётчиков. Выбор электронной цепи аналого-цифрового преобразования электрических сигналов.
курсовая работа [804,2 K], добавлен 11.05.2015Разработка и исследование системы многоканального полосового анализа речевых сигналов на основе полосовых фильтров и на базе квадратурной обработки. Принципы организации и программирования цифровых сигнальных процессоров (ЦСП), разработка программ ЦОС.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 27.10.2012Характеристика основных компонентов для исследования цифровых схем. Порядок работы с системой моделирования. Особенности структуры компонентов моделирования цифровых схем, исследование платы на безопасность, разработка интерфейсной части и алгоритмов.
курсовая работа [238,9 K], добавлен 12.07.2013Автоматизация конструирования. Разработка схем цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции. Требования, методы и средства разработки печатных плат. Редактор АСП DipTrace. Требования нормативно-технической документации.
отчет по практике [2,9 M], добавлен 25.05.2014Анализ существующих методов измерения вязкости нефтепродуктов. Принцип построения структурной схемы вибрационного вискозиметра. Температурный датчик с цифровым выходом. Разработка структурной схемы датчика для измерения вязкости, алгоритм работы.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.12.2011Интегральные микросхемы, сигналы. Такт работы цифрового устройства. Маркировка цифровых микросхем российского производства. Базисы производства цифровых интегральных микросхем. Типы цифровых интегральных микросхем. Схемотехника центрального процессора.
презентация [6,0 M], добавлен 24.04.2016Разработка блока управления, управляющей программы, структурной и электрической схем высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением на базе современных компьютерных технологий. Математический расчет его динамических характеристик.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 22.10.2010Анализ метода восстановления фазы когерентной несущей частоты сигнала, принимаемого цифровым приемником через блок цифрового восстановления фазы когерентной несущей. Методика вывода передаточной функции фильтра, оценки его устойчивости к самовозбуждению.
статья [277,6 K], добавлен 07.12.2014Классификация цифровых приборов. Модели цифровых сигналов. Методы амплитудной, фазовой и частотной модуляции. Методика измерения характеристики преобразования АЦП. Синтез структурной, функциональной и принципиальной схемы генератора тестовых сигналов.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 19.01.2013Алгоритмическое, логическое и конструкторско-технологическое проектирование операционного автомата. Изучение элементной базы простейших цифровых устройств. Разработка цифрового устройства для упорядочивания двоичных чисел. Синтез принципиальных схем.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 07.01.2015Характеристика импульсных и цифровых систем, влияние квантования по уровню на процессы в САР. Формирование систем регулирования на основе аналитических методов. Способы расчета и анализа нелинейных систем автоматического регулирования.
реферат [594,7 K], добавлен 30.03.2011Задачи применения аналого-цифровых преобразователей в радиопередатчиках. Особенности цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) для работы в низкочастотных трактах, системах управления и специализированных быстродействующих ЦАП с высоким разрешением.
курсовая работа [825,8 K], добавлен 15.01.2011
