Мiкропроцесорна метеостанцiя

Мiнiстерство освiти i науки Украiни

Вiнницький нацiональний технiчний унiверситет

РЖнститут автоматики, електронiки та комптАЩютерних систем управлiння

Факультет автоматики та комптАЩютерних систем управлiння

Кафедра метрологii та промисловоi автоматики

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисциплiни тАЬРЖнформацiйно-вимiрювальнi системитАЭ

МРЖКРОПРОЦЕСОРНА МЕТЕОСТАНЦРЖЯ

Керiвник Кулаков П. РЖ.

Студент гр. 1АМ-01 Балтак К. В.

Вiнниця 2006

Змiст

Анотацiя

Вступ

1. Технiко-економiчне обТСрунтування доцiльностi розробки

2. ОбТСрунтування i розробка структурноi схеми приладу

3. Розробка електричноi принциповоi схеми мiкропроцесорноi метеостанцii

3.1 Вибiр мiкро контролера

3.2 Вибiр перетворювача рiвня сигналу

3.3 Аналого-цифровий перетворювач АD1674

3.4 Датчик вiдносноi вологостi Модель RL-1HS100

3.5 Датчик атмосферного тиску. Модель RL1APS115

3.6 Датчик температури. Модель LM94021

3.7 Розробка електричноi принциповоi схеми мiкропроцесорноi метеостанцii

4. Електричнi розрахунки найголовнiших вузлiв електричноi принциповоi схеми

5. Алгоритмiчне забезпечення

6. Метрологiчнi характеристики

Висновки

Лiтература

Додатки

Додаток А (обовтАЩязковий). Мiкропроцесорна метеостанцiя. Перелiк елементiв

Анотацiя

В даному курсовому проектi спроектована мiкропроцесорна метеостанцiя ii електрична, структурна схема. В проектi проводяться розрахунки основних елементiв електричноi принциповоi схеми. В додатках наведена електрична принципова схема приладу та перелiк всiх ii елементiв.

Вступ

РЖнформацiйно-вимiрювальнi системи тАУ це сукупнiсть апаратних, програмних та iнших засобiв, призначених для отримання i обробки вимiрювальноi iнформацii, керування потоками iнформацii, ii перетворення та представлення у необхiдному для користувача виглядi.

РЖнформацiйно-вимiрювальнi системи, як правило, входить до складу системи автоматичного керування процесом i не здiйснюi керування процесом. Задачi керування покладенi на системи автоматичного керування.

РЖнформацiйно-вимiрювальнi системи подiляються на чотири групи:

- вимiрювальнi системи тАУ це системи, призначенi для отримання, обробки та представлення у необхiдному виглядi вимiрювальноi iнформацii;

- системи технiчноi дiагностики тАУ такi системи, якi призначенi для знаходження мiсця i причини виникнення несправностi обтАЩiкту;

- системи розпiзнавання образiв тАУ такi системи, якi встановлюють належнiсть обтАЩiкту до заданого класу;

- системи контролю тАУ системи, якi визначають вiдповiдаi обтАЩiкт заданим нормам чи не вiдповiдаi.

В даному курсовому проектi проведено загальний огляд можливих реалiзацiй структурних схем мiкропроцесорноi метеостанцiя, визначено iх основнi характеристики та недолiки. З трьох схем обрано ту, яка бiльше пiдходила встановленим вимогам. На основi обраноi структурноi схеми розроблена електрична принципова схема приладу.

1. Технiко-економiчне обТСрунтування доцiльностi розробки

В даному курсовому проектi розробляiться структурна схема мiкропроцесорноi метеостанцiя. Розглянемо для порiвняння три варiанта структурних схем, коротко охарактеризуiмо i розглянемо основнi характеристики роботи система та оберемо основну структурну схему, з якою будемо працювати i надалi.

Для вибору однiii iз наведених нижче структурних схем, важливим елементом являiться те, що користувач хоче отримати в результатi вiд системи, тобто який параметр буде найбiльш важливим для роботи .

Розглянемо першу структурну схему, яка приведена на рисунку 1.

Рисунок 1 тАУ Перший варiант структурноi схеми. Умовнi позначення: - датчик температури; - датчик тиску; - датчик вологостi; Ва- АЦП; БГР- блок гальванiчноi розвтАЩязки; MXтАУ мультиплексор; MCU тАУ мiкроконтролер; iнтерфейс; ВаPC тАУ персональний комптАЩютер.

Принцип дii полягаi в наступному:

Три датчика вимiрюють своi фiзичнi величини. На виходi яких пiсля вимiрювання утворюiться аналогова величина, яка подаiться на вiдповiдний АЦП. Яка перетворюi аналогову величину в цифровий код. Пiсля цього цей код проходить через гальванiчну розвтАЩязку, мультиплексор i поступаi на мiкроконтролер. А потiм через iнтерфейс на ПК.

Таким чином, структурна схема № 2 матиме наступний вигляд.

Рисунок 1.1 тАУ Другий варiант структурноi схеми. ВаУмовнi позначення: - датчик температури; - датчик тиску; - датчик вологостi; Ва- АЦП; - перетворювач струму в напругу; MXтАУ мультиплексор; MCU тАУ мiкроконтролер; iнтерфейс; PC тАУ персональний комптАЩютер.

Принцип дii полягаi в наступному:

Три датчика вимiрюють своi фiзичнi величини. На виходi яких пiсля вимiрювання утворюiться аналогова величина, яка подаiться на перетворювач роду величини. Пiсля цього цей код проходить через мультиплексор i поступаi на АЦП. Який перетворюi аналогову величину в цифровий код. А потiм через мiкроконтролер, iнтерфейс на ПК.

Таким чином, структурна схема № 3 матиме наступний вигляд

Рисунок 1.2 тАУ Третiй варiант структурноi схеми. Умовнi позначення: - датчик температури; - датчик тиску; - датчик вологостi; Ва- АЦП; MXтАУ мультиплексор; MCU тАУ мiкроконтролер; iнтерфейс; PC тАУ персональний комптАЩютер.

Принцип роботи схожий з принципом роботи попереднiх схем. Три датчика вимiрюють своi фiзичнi величини. На виходi яких пiсля вимiрювання утворюiться аналогова величина, яка подаiться через мультирлексор на АЦП. Яка перетворюi аналогову величину в цифровий код. Пiсля цього цей код проходить на мiкроконтролер. А потiм через iнтерфейс на ПК.

Так як дана система буде використовуватись у високоточних експериментах, то найбiльш важливим параметром являiться точнiсть вимiряних показань та простота реалiзацii вимiрювальноi системи. Для того, щоб порiвняти наведенi структурнi схеми, якiй перерахуiмо основнi параметри системи. Для цього побудуiмо таблицю 1.

Таблиця 1 тАУ Порiвняння структурних схем

Обчислимо узагальнений коефiцiiнт якостi, який знаходиться за наступною формулою:

. (1.1)

Узагальнений критерiй якостi першоi схеми:

.

Узагальнений критерiй якостi другоi схеми:

.

Узагальнений критерiй якостi третьоi схеми:

.

Як бачимо, критерiй якостi третьоi схеми бiльший, нiж для iнших структурних схем. Виходячи з цих розрахункiв можна зробити висновок, що для поставленоi нами задачi бiльше пiдходить структурна схема, представлена на рисунку 1.2.

Отже, ми запропонували оптимальний варiант структурноi. Використаiмо цю схему для побудови електричноi принциповоi схеми системи, що розробляiться. [1]

2. ОбТСрунтування i розробка структурноi схеми приладу

Пiдхiд до вибору блокiв, з яких складаiться структурна схема здiйснювався на основi сучасних, модернiзованих та ефективних мiкроелектронних компонентiв.

Рисунок 2 тАУ структурна схема

Структурна схема представлена на рисунку 2 , за рiшенням першого пункту i актуальна i складаiться з таких блокiв:

Блок 1,2,3

- датчик температури, призначений для вимiрювання температури повiтря

- датчик тиску, призначений для вимiрювання

тиску повiтря

- датчик вологостi, призначений для вимiрювання вологостi повiтря

Блок 4, 5

- мультиплексор, призначений для керування потоками даних для вибору каналу за якими проводиться вимiрювання та iнших задач повтАЩязаних с керуванням потоками iнформацii.

- АЦП, призначений для перетворення вiдхiдноi безперервноi величини в якiй мiститься вимiрювальна iнформацiя у цифровий код, який теж мiстить цю iнформацiю.

Блок 6

-Мiкроконтролер, призначений для обробки вимiрювальноi iнформацii, яка переставлена у цифровому виглядi, керування потоками iнформацii, забезпечення обмiну даними мiж окремими частинами РЖВС та зовнiшнiми пристроями.

Блок 7

- РЖнтерфейс, призначений для обмiну даними мiж зовнiшнiми пристроями.

Блок 8

- Персональний комптАЩютер .

Три датчика вимiрюють своi фiзичнi величини. На виходi яких пiсля вимiрювання утворюiться аналогова величина, яка подаiться через мультирлексор на АЦП. Який перетворюi аналогову величину в цифровий код. Пiсля цього цей код поступаi на мiкроконтролер. А потiм через iнтерфейс на ПК.[2]

3. Розробка електричноi принциповоi схеми мiкропроцесорноi метеостанцii

3.1 Вибiр мiкро контролера

Для реалiзацii задач дипломного проекту використовуiться 8-розрядний мiкроконтролер фiрми Atmel серii AT90S8515.

КМОН мiкроконтролери AT90S8515 реалiзованi по AVR RISC архiтектурi (Гарвардська архiтектура з роздiльною пам'яттю i роздiльними шинами для пам'ятi програм i даних). Виконуючи команди за один тактовий цикл, прилади забезпечують продуктивнiсть, що наближаiться до 1 MIPS/МГЦ.

AVR ядро об'iднуi потужну систему команд з 32 8-розрядними регiстрами загального призначення i конвеiрне звернення до пам'ятi програм. Шiсть з 32 регiстрiв можуть використовуватися як три 16-розрядних регiстра-покажчика при побiчнiй адресацii простору пам'ятi. Виконання вiдносних переходiв i команд виклику реалiзуiться з прямою адресацiiю всього обсягу (4К) адресного простору. Адреси периферiйних функцiй мiстяться в просторi пам'ятi вводу/виводу. Архiтектура ефективно пiдтримуi як мови високого рiвня, так i програми на мовах асемблера.

Мiкроконтролери мiстять: 4 Кбайт програмованого Flash, 128 байт СОЗП i 256 байт програмованого ЕСППЗП, 20 лiнiй вводу/виводу загального призначення, 32 регiстри загального призначення, два таймера/лiчильника з режимом захоплення i порiвняння, 6-канальний 10-розрядний аналого-цифровий перетворювач, систему внутрiшнiх i зовнiшнiх переривань, програмований послiдовний UART, програмований сторожовий таймер з внутрiшнiм генератором, послiдовний порт з iнтерфейсом SPI. Програмно управляються два режими енергозбереження. В пасивному режимi (idle) ЦПУ зупиняiться, але СОЗУ, таймери/лiчильники, порт SPI, сторожовий, таймер i система переривань залишаються активними. В стоповому режимi (power down) зупиняiться тактовий генератор i, отже зупиняються всi функцii, доки не надiйде сигнал зовнiшнього переривання або апаратного скидання, але зберiгаiться вмiст регiстрiв.

Вбудована Flash пам'ять програм може перепрограмовуватися безпосередньо в системi шляхом iнтерфейсу SPI (в послiдовному низьковольтному режимi) або програмуватися стандартними програматорами енергонезалежноi пам'ятi (в 12-вольтовому паралельному режимi).

Максимальне споживання приладiв в активному режимi складаi 3.0 мА i в пасивному режимi 1.2 мА (при VCC =3 В i f = 4 МГЦ). В стоповому режимi, при працюючому сторожовому таймерi, мiкроконтролер споживаi 15 мкА.

Об'iднання на одному кристалi вдосконаленого 8-розрядного RISC ЦПУ з Flash ПЗУ, яка завантажуiться дозволило фiрмi створити потужний мiкроконтролер, що забезпечуi високу гнучкiсть i економiчнiсть в використаннi приладу в якостi вбудованого контролера.

Port B (PB5.. PB0) 6-розрядний двонаправлений порт I/O iз вбудованими навантажувальними резисторами. Вихiднi буфери забезпечують втiкаючий струм 20 мА. При використаннi виводiв порта в якостi входiв i установцi зовнiшнiм сигналом в низький стан, струм буде витiкати тiльки при пiдключених вбудованих навантажувальних резисторах. Порт B використовуiться також при реалiзацii рiзноманiтних спецiальних функцiй.

Port C (PC5.. PC0) 6-розрядний двунаправлений порт I/O iз вбудованими навантажувальними резисторами. Вихiднi буфери забезпечують втiкаючий струм 20 мА. При використаннi виводiв порта в якостi входiв i установцi зовнiшнiм сигналом в низький стан, струм буде витiкати тiльки при пiдключених вбудованих навантажувальних резисторах. Входи порта використовуються також як аналоговi входи аналого-цифрового перетворювача.

Port D (PD7. PD0) 8-розрядний двунаправлений порт I/O iз вбудованими навантажувальними резисторами. Вихiднi буфери забезпечують втiкаючий струм 20 мА.

При використаннi виводiв порта в якостi входiв i установцi зовнiшнiм сигналом в низький стан, струм буде витiкати тiльки при пiдключених вбудованих навантажувальних резисторах. Порт D використовуiться також при реалiзацii рiзноманiтних спецiальних функцiй.

RESET Вхiд скидання. Для виконання скидання необхiдно утримувати низький рiвень на входi протягом двох машинних циклiв.

XTAL1 Вхiд iнвертуючого пiдсилювача генератора i вхiд схеми вбудованого генератора тактовоi частоти.

XTAL2 Вихiд iнвертуючого пiдсилювача генератора.

AVCC Напруга живлення аналого-цифрового перетворювача. Виводи пiдтАЩiднуiться до зовнiшнього VCC через низькочастотний фiльтр.

AREF Вхiд аналоговоi напруги порiвняння для аналого-цифрового перетворювача. На цей вивiд, для забезпечення роботи аналого-цифрового перетворювача, подаiться напруга в дiапазонi мiж AGND i AVCC.

AGND Цей вивiд повинен бути пiдтАЩiднаний до окремоi аналоговоi землi, якщо плата оснащена нею. В iншому випадку вивiд вiдтАЩiднуiться до загальноi землi.

Мiкроконтролер АТ90S8515 маi такi технiчнi характеристики:

- дiапазон напруги живлення: вiд 2,7 до 6,0 В;

- дiапазон тактовоi частоти: вiд 0 до 4 МГц;

- дiапазон роботи АЦП: вiд 0 до 6 В;

- час перетворення АЦП: 70..280 мс;

- клас точностi 0,05 .[3]

3.2 Вибiр перетворювача рiвня сигналу

За стандартною логiкою одиниця представляiться рiвнем напруги вiд 2,4 до 5 В, а нуль тАУ вiд 0 до 0,8 В. Проте, при передачi по каналу RS-232 нуль та одиниця кодуються однаковими за величиною(вiд 5 до 12 В), але рiзними за знаком сигналами. Так як для передач по RS-232 стандартнi логiчнi сигнали повиннi бути перетворенi в сигнали другого рiвня, необхiдно передбачити у схемi вiдповiднi засоби перетворення. Десять рокiв тому, для цiii мети використовувались спецiальнi каскади з трьох-чотирьох транзисторiв, пари дiодiв i майже десятка резисторiв. Зараз ситуацiя значно змiнилась: провiднi виробники мiкросхем повнiстю завершеннi перетворювачi, якi потребують мiнiмальноi кiлькостi додаткових елементiв. До них вiдносяться МАХ202Е вiд МАХРЖМ i повнiстю iй iдентична AD232 вiд Analog Devices. Всерединi обидвi мiкросхеми мiстять перетворювач напруги +5 В у В±10 В i каскади, що здiйснюють перетворення логiчних сигналiв стандартного рiвня у сигнали рiвня по стандарту RS-232. Кожна з цих мiкросхем мiстить перетворювачi логiчного рiвня для двох приймачiв та двох передавачiв. Кожна iз перерахованих вище мiкросхем мiстить перетворювачi логiчного рiвня для двох приймачiв i двох передавачiв. Ми використаiмо мiкросхему AD232 i тiльки один ii приймально-передавальний канал

Рисунок 3 тАУ Схема включення послiдовного iнтерфейсу RS232

Швидкiсть обмiну iнформацiiю може бути вибрана в межах: вiд 9600 бот до 115200 бот. Оскiльки мiкро контролер при рiзних швидкостях i опорних частотах маi рiзнi помилки передачi, то при опорнiй частотi 4 МГц, яка використовуiться, ця помилка буде мiнiмальною при швидкостi 19200 бот. Саме тому буде використовуватися така швидкiсть. Вона i достатньою для обмiну iнформацiiю мiж мiкроконтролером i комптАЩютером, а також дозволяi використовувати старi комптАЩютери 386 типу.

Технiчнi характеристики послiдовного iнтерфейсу ADM232LIN:

- дiапазон вхiдноi напруги низького рiвня: вiд 0 до 0,8 В;

- дiапазон вхiдноi напруги високого рiвня: вiд 2,4 до 5 В;

- час установки вихiдноi напруги: 4 μс;

- дiапазон вихiдноi напруги: В± 10 В;

- швидкiсть передачi даних: 19200 бот;

- максимальна помилка при передачi: 0,2 % [4].

Живлення всiх елементiв маi бути стабiльним, щоб уникнути збоiв у роботi системи. Для забезпечення високоi стабiльностi використаiмо джерело опорноi напруги. Найкращими джерелами, якi випускаються в теперiшнiй час i: REF-02, AD586, AD780, LM113, TL431. Одним з найкращих джерел опорноi напруги i мiкросхема AD780. Схема пiдключення опорного джерела живлення. AD780 показана на рисунку 3.1 [4].

Рисунок 3.1 тАУ Схема включення опорного джерела живлення

Джерело опорноi напруги AD780 маi такi технiчнi характеристики:

- вiдхилення напруги вiд опорного значення: В± 0,02 В;

- струм споживання 2 μА;

- дiапазон струму навантаження: вiд 0 до 10 mА;

- температурний коефiцiiнт вихiдноi напруги: 10^-5/ ºС [5].

Для того щоб вхiдний сигнал якомога менше спотворити, при його проходженнi через резистори, якi будемо використовуватися для дiлення напруги та схем включення мiкроелементiв тАУ будуть прецензiйними.

3.3 Аналого-цифровий перетворювач АD1674

Характеристики:

- Монолiтний 12 бiтний 10 мс АЦП зi схемою вибiрки ;

- Вбудований пристрiй вибiраки-зберiгання ;

- Цоколевка, що вiдповiдаi промисловому стандартовi ;

- 8 i 16 бiтний мiкропроцесорний iнтерфейс ;

- Визначенi i перевiренi статичнi i динамiчнi характеристики ;

- Унiполярний i бiполярний входи ;

- Дiапазони вхiдного сигналу В±5 В, В±10 В, 0 В - 10 В и 0 В - 20 В ;

- Комерцiйнi, iндустрiальнi i вiйськовий температурнi дiапазони ;

- MРЖ-STD-883 i SMD корпуснi виконання ;

AD 1674 - багатоцiльовий 12 бiтний аналого-цифровий перетворювач, що мiстить Вбудованi пристрiй вибiраки-зберiгання (ПВЗ), 10 В джерело опорноi напруги (ДНО), буфер тактових iмпульсiв i вихiдний буфер iз трьома станами для зв'язку з мiкроконтролером. AD1674 сполучимо по висновках зi стандартними промисловими приладами AD574A i AD674A, але мiстить Вбудоване ПВЗ i маi велику швидкiсть перетворення. Вбудоване ПВЗ маi широку смугу пропущення, що забезпечуi 12 бiтне перетворення у всiй смузi Найквиста.

Для AD1674 цiлком визначенi динамiчнi характеристики (вiдношення сигнал/ шум - S / (N+D) , THD, i РЖMD) i статичнi характеристики (зсув, абсолютна помилка i т.д.). Цi статичнi i динамiчнi характеристики AD1674 роблять його iдеальним для використання в пристроях обробки сигналiв i вимiру постiйного струму.

AD1674 виготовлений за унiкальною технологiiю BiMOS РЖРЖ компанii Analog Devices, що дозволяi сполучити висока якiсть i швидкодiя бiполярноi технологii з малим споживанням КМОП технологii.

Прилад випускаiться в п'ятьох рiзних температурних виконаннях. AD1674J i До виконання призначенi для роботи в температурному дiапазонi вiд 0В°С до +70В°С; А и В виконання призначенi для роботи в iндустрiальному температурному дiапазонi вiд - 40 В°С до +85В°С; AD1674T виконання призначене для роботи в розширеному температурному дiапазонi вiд -55В°С до +125В°С. J i До виконання виробляються в 28 вивiдних пластикових корпусах DРЖ i SOРЖ. А й У виконання випускаються в 28 вивiдних герметичних керамiчних корпусах DРЖ i 28 вивiдних корпусах SOРЖ. T виконання випускаiться в 28 вивiдному герметичному корпусi DРЖ.[6]

3.4 Датчик вiдносноi вологостi Модель RL-1HS100

Датчик вiдносноi вологостi RL-1HS100 побудований на основi сенсорного елемента HРЖН-3610-002 фiрми Honeywell, виготовленою у видi iнтегральноi схеми. Сенсор використовуi планерний iмнiсний полiмерний елемент, чуттiвий до вологостi повiтря. Другий шар полiмеру захищаi сенсор вiд бруду, пилу, жиру й iнших шкiдливих факторiв навколишнього середовища. Датчик маi калiбрований лiнеаризований вихiд.

Область застосування:

- теплицi;

- холодильники;

- сушарки;

- метеорологiя;

Основнi властивостi:

- похибка В± 2% RH;

- дiапазон вимiру 0-100 % RH;

- лiнiйнiсть В± 0.5% RH;

- гiстерезис В± 1.2% RH;

- вiдтворюванiсть + 0.5% RH;

- постiйна часу 15 сек. ;

- стабiльнiсть В± 1 % RH за 5 рокiв;

- температурний дiапазон -40 Ваto 85 .

Датчик вологостi складаiться з iнтегрального чуттiвого елемента (сенсора), що живиться вiд вбудованого стабiлiзатора напруги, i повторювача напруги який необхiдний для ослаблення електромагнiтних перешкод, виключення впливу опору навантаження i сполучноi лiнii на результати вимiрiв.

Датчики вологостi калiбрують виготовлювачем, у зв'язку з чим кожен датчик вологостi маi iндивiдуальнi калiброванi коефiцiiнти. Цi коефiцiiнти заносяться в калiбрований файл пристрою введення iнформацii типу RL . При цьому вiдносна вологiсть визначаiться по формулi :

RH=(a1 +a2*Vout)*100%, (3.1)

де: RH - вiдносна вологiсть повiтря в %; а1 i а2 - калiброванi коефiцiiнти; Vout - вихiдна напруга датчика.[7]

3.5 Датчик атмосферного тиску. Модель RL-1APS115

Датчик атмосферного тиску RL-1APS115 побудований на основi сенсорного елемента МРХА4115A6LJ фiрми Motorola, виконаного у видi iнтегральноi схеми. Датчик маi калiбрований лiнеаризованный вихiд.

Область застосування :

- метеорологiя ;

- барокамери ;

- теплицi ;

Основнi властивостi :

- похибка В±1.5% ;

- дiапазон вимiру 15-115 кПа ;

- часу встановлення 0,02 сек. ;

- температурний дiапазон -40 В°С to 85 В°С.

Датчик атмосферного тиску складаiться з iнтегрального чуттiвого елемента (сенсора), що живиться вiд вбудованого стабiлiзатора напруги, i повторювача напруги який необхiдний для ослаблення електромагнiтних перешкод, виключення впливу опору навантаження i сполучноi лiнii на результати вимiрiв. Датчики атмосферного тиску калiбрують виготовлювачем, при цьому атмосферний тиск визначаiться по формулi

Р=а1 + a2*Vout, (3.2)

де: Р - атмосферний тиск у кПа. а1 i а2 - калiброванi коефiцiiнти.

а1=10,6, а2=21,8 . Vout - вихiдна напруга датчика.

Калiброванi коефiцiiнти вказуються для кожного датчика на зворотнiй сторонi його корпуса. Датчик тиску пiдключають до одному з пристроiв введення аналогових сигналiв RL-8AРЖ, RL-88АС, RL-40AРЖ або RL-32RTD. Пiсля пiдключення датчика й експорту калiброваного файлу. У програму вiдображення даних RLDataView на екранi монiтора комп'ютера будуiться графiк залежностi тиску вiд часу, що обновляiться в мiру надходження даних. Данi можуть бути збереженi у файлi, роздрукованi або експортованi в iншу програму, як, наприклад, MS Excel.

Граничнi режими :

- Атмосферний тиск400 кПа ;

- Температура збереження+5..+40 В°С ;

- Напруга живлення+22 В ;

- Вiдносна вологiсть, не бiльш.. 100% ;

- Тiк навантаження5 мА. [7]

3.6 Датчик температури. Модель LM94022

Компанiя National Semi-conductor представила першi аналоговi датчики температури, що здатнi працювати при напругi живлення 1,5 В и характеризуються можливiстю вибору коефiцiiнта передачi. Данi особливостi дозволяють полiпшити експлуатацiйнi характеристики пристроiв температурного контролю i керування з низьковольтним живленям. LM94021 i LM94022 пiдтримують чотири обираних користувачi коефiцiiнта передачi i контролюють температуру в дiапазонi -50В°С..+ 150В°С. Широкий дiапазон контрольованих температур, гнучкiсть i економiчнiсть роблять данi датчики чудовим вибором для низьковольтних систем з батарейним живленям, таких, як стiльниковi телефони, персональнi цифровi пристроi, Мрз-плееры i цифровi камери.

LM94021 i LM94022 - прецизiйнi аналоговi датчики температури, виконанi за технологiiю КМОП i здатнi працювати вiд джерела харчування напругою 1,5..5,5 В. Вихiдна напруга цих датчикiв назад пропорцiйно обмiрюванiй температурi для досягнення бiльш високоi чутливостi при пiдвищених температурах.

Користувачам пропонуiться вибрати один з чотирьох коефiцiiнтiв передачi:

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

LM94021 i LM94022 характеризуються малим споживаним струмом: 9 мкА i 5,4 мкА, вiдповiдно. Данi датчики випускаються у мiнiатюрному корпусi SC70, а посадкове мiсце сумiсне зi стандартним датчиком температури LM20.

Вiдмiннi риси:

- Робота при напрузi живлення 1,5 В ;

- Двотактний вихiд з навантажувальною здатнiстю 50 мкА (LM9402) ;

- Чотири обираiмих користувачем коефiцiiнти передачi ;

- Висока точнiсть контролю в широкому температурному дiапазонi 50тАжтАж+150 Ва;

- Малий споживаний струм ;

- Захист виходу вiд короткого замикання ;

- мiнiатюрний корпус SC70 ;

- Сумiснiсть посадкового мiсця зi стандартним датчиком температури LM20 ;

Основнi характеристики:

- Напруга живлення 1,5-5.5 В ;

- Споживаний струм 9 мкА (типове значення) ;

- Навантажувальна здатнiсть В±50 мкА ;

- Точнiсть контролю температури:

В±1,5(20- 40) ;

В±1,8 Ва(-50..70) ;

В±2,1Ва(-50- 90) ;

ВаВ±2,7Ва(-50- 150) ;

- Робiтник температурний дiапазон: -50-150Ва;

Областi застосування:

- Вателефони ;

- Радiочастотнi передавачi ;

- Керування батарейним джерелом ;

- Автомобiльна електронiка ;

- Драйвери дискiв ;

- РЖгровi пристроi ;

- Побутовi прилади. [7]

3.7 Розробка електричноi принциповоi схеми мiкропроцесорноi метеостанцii

Поiднавши перерахованi вище компоненти схеми, розроблена електрична функцiональна схема приладу, представлена в додатку А. Працюi вона таким чином.

Три датчики, якi показанi на схемi трьома розйомами XS1, XS2, XS3. Проводять вимiрювання трьох фiзичних величин таких як вiдносна вологiсть, атмосферний тиск i температура. Вихiдний сигнал цих датчикiв аналогова величина, яка поступаi через аналоговий мультиплексор на 12 розрядний АЦП АD1674, який перетворюi аналогову величину в цифровий код . Пiсля цього цей цифровий код поступаi на мiкроконтролер AT90S8515. Пiсля цього на порти персонального комптАЩютера, якi показанi на схемi розйомами XS4. Сигнал мiж мiкроконтролером AT90S8515 i персонального комптАЩютером передаiться через iнтерфейс RS-232. Який складаiться з гальванiчноi розвтАЩязки i перетворювача рiвнiв MAX232. Гальванiчна розвтАЩязка побудована на основi двох оптронiв 4N35 i мiкросхеми МС7805.

4. Електричнi розрахунки найголовнiших вузлiв електричноi принциповоi схеми

Здiйснимо електричний розрахунок елементiв принциповоi схеми мiкропроцесорноi метеостанцii

ВаРозрахуiмо значення резисторiв Ваза формулою:

, (4.1)

де Ва- мiнiмальне значення напруги для рiвня логiчноi одиницi. - спад напруги на свiтлодiодi. - струм на свiтлодiодi.

Пiдставивши значення, отримаiмо:

Ва(kОм)

Розрахуiмо значення резисторiв Ваза формулою:

. (4.2)

З документацii на оптрон 4N32 визначаiмо струм , . Отже I_C= I_E=100, U_E=0.5B.

Пiдставивши значення, отримаiмо:

Ва(Ом)

Розрахуiмо значення резисторiв Ваза формулою:

, (4.3)

де - вихiдна напруга мiкросхеми MC7805

Пiдставивши значення, отримаiмо:

Ва(Ом)

Оберемо значення резисторiв ВакОм.

З документацii на мiкросхему AD780 визначаiмо номiнали конденсаторiв С₂, С₁ . Отже, обираiмо конденсатори С₂ =С₁= 100Ва.

До портiв мiкроконтролера ХТAL1 та ХТAL2 пiдтАЩiднано конденсатори Вата , мiж якими розташований кварцовий резонатор ZQ, призначений для того, щоб задавати такт роботи мiкроконтролера. Його частота f=1 МГц. Вiзьмемо ВапФ.

З документацii на мiкросхему MAX232 визначаiмо номiнали конденсаторiв С₉, С₁₀, С₁₁, С₁₂ . Отже, обираiмо конденсатори С₉= С₁₀= С₁₁= С₁₂ =1Ва.

З документацii на мiкросхему MC7805 визначаiмо номiнали конденсаторiв С₅, С₆, С₇, С₈. Отже, обираiмо конденсатори С₅= С₆=С₇=С₈= 220

Обираiмо дiоди VD1,VD2. VD1,VD2 - дiоди напiвпровiдниковi iмпульснi 1N4148 Мають такi характеристики, якi наведенi в таблицi 2, 3 [9]

Таблиця 2. Максимальнi параметри експлуатацii 1N4148

Таблиця 3,. Електричнi параметри 1N4148