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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Uhr mit Thermometer und Barometer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Uhren, Timer, Relais, Lastschalter Das vorgeschlagene Gerät basiert auf einem AT90LS8535-Mikrocontroller, der nicht nur die Zeit, sondern auch die Temperatur und den Luftdruck anzeigt und damit drei herkömmliche Haushaltsgeräte ersetzt. Es kann über eine serielle Schnittstelle an einen Personalcomputer angeschlossen werden, der bei der Kalibrierung der Thermometer- und Barometerskalen hilft und bei Bedarf Daten sammelt, um Diagramme der Änderungen ihrer Messwerte über einen ausgewählten Zeitraum anzuzeigen. Auf der LED-Anzeige des Geräts können Sie die aktuellen Zeitwerte in der Form HH.MM beobachten; Temperatur an der Stelle, an der der Fernsensor installiert ist, °C; Atmosphärendruck, mm Hg. Kunst. Der Status der Backup-Batterie wird in drei Stufen („Normal – Achtung – Niedrig“) angezeigt. Das Gerät misst Temperaturen im Bereich -50...+50 °C mit einem Fehler von 0,1...0,2 °C. Druckmessintervall - 700 ..800 mmHg mit einem Fehler von 1...2 mmHg. Strukturell besteht das Gerät aus drei Modulen (Platinen) – einer Steuerung, Anzeige und Stromversorgung, untergebracht in einem Gehäuse mit den Maßen 210 x 160 x 80 mm mit einem transparenten Fenster für Anzeigen, und einem Ferntemperatursensor, der über ein dreiadriges Kabel mit der Haupteinheit verbunden ist bis zu 20 m lang. Der Atmosphärendrucksensor befindet sich im Inneren des Gehäuses. Die Wahl des Mikrocontrollers AT90LS8535 von Atmel fiel auf folgende Umstände:
Der Mikrocontroller AT90LS8535 kann ohne Programmänderung durch einen moderneren ATmega8535L oder den gängigen ATmega10Z, ATMEga603 desselben Unternehmens ersetzt werden. Allerdings sind die letzten beiden Mikroschaltungen deutlich teurer und werden nur in einem kompletten 64-Pin-Gehäuse hergestellt, was eine erhebliche Komplikation der Leiterplatte erfordert. CONTROLLER-MODUL Im Controller-Modul, dessen Diagramm in Abb. In 1 befinden sich die Hauptkomponenten des Geräts: Mikrocontroller DD2; Umwandeln von Mikrocontroller-UART-Signalen in Standardpegel der RS-232-Schnittstelle (DD1-Chip); Einheit zur Umwandlung des Widerstands des Temperatursensors RK1 in Spannung (Chips DAI, DA2, Transistoren VT1, VT2); Drucksensor (BP1); LED-Anzeige-Steuertasten (Transistoren VT3-VT30); RS-232-Schnittstellenstecker (XP1), Mikrocontroller-Programmierung (XP2) und zum Anschluss von Indikatoren (XP3).
Unter der Steuerung des DD2-Mikrocontrollers werden die Schalter der Transistoren VT3-VT12, VT21-VT30 abwechselnd an die Stromquelle des Stromkreises der gemeinsamen Anoden von zehn Sieben-Segment-Anzeigen angeschlossen, ihre Kathoden werden durch die Transistoren VT13-VT19 geschaltet. Der VT30-Transistor steuert ein Paar LEDs, die sich zwischen den Stunden und Minuten der Anzeige befinden. Von Pin 29 (PC7) des Mikrocontrollers wird ein Signal an die LED für das Minustemperaturzeichen und von Pin 6 (PB5) und 7 (PB6) an eine zweifarbige LED gesendet, die den Status der Backup-Batterie anzeigt. Alle oben genannten Anzeigen befinden sich außerhalb des Controller-Moduls. Da die Pins 6, 7 des DD2-Mikroschaltkreises und zu dessen Programmierung verwendet werden, empfiehlt es sich, diesen Vorgang durchzuführen, indem man das Kabel, das die Controller- und Anzeigemodule verbindet, vom HRZ-Stecker abzieht. Zu den Messwerten proportionale Spannungen werden an drei Pins des DD2-Mikrocontrollers geliefert, die als Eingänge von drei der acht verfügbaren Kanäle des eingebauten ADC programmiert sind. Pin 40 (PA0/ADC0) Temperatur, 39 (PA1/ADC1) - Druck, 38 (PA2/ADC2) - Batteriespannung. Die Standardspannung für den ADC beträgt +32 V A an Pin 5 (AREF) des Mikrocontrollers, was die Anforderungen an dessen Stabilität deutlich reduziert. Tatsache ist, dass die Ausgangsspannung von Temperatur- und Drucksensoren nicht nur proportional zu den gemessenen Parametern, sondern auch zur Versorgungsspannung ist. Durch die gleichzeitige Änderung der Referenzspannung wird diese Abhängigkeit im ADC-Ausgabecode beseitigt. Obwohl Abweichungen der Referenzspannung vom Nennwert zu zusätzlichen Fehlern im Messergebnis der Batteriespannung führen, sind sie in diesem Fall nicht so wichtig. Der Thermistor RK1 – ein Temperatursensor – ist die Wicklung des RES60-Relais (Pass RS4.569-435) mit einem Widerstand von 00+1900/-120 Ohm bei 380 °C. Hier können Sie andere Kupferwicklungen mit ungefähr demselben Widerstand verwenden, einschließlich der Relaiswicklungen RES20 (Pass RS49-4.569.421), RES00-Versionen DLT79. DLT4.555.011-4.555.011. Der Widerstand des Kupferwicklungsdrahtes hängt linear von der Temperatur ab und ist über die Zeit recht stabil. Wenn sein Wert bei der Temperatur T0 (z. B. bei 20 °C) bekannt ist, wird der Widerstand bei der Temperatur T gleich R(T) = R(T0)[1 +0,004(T T0)]. Der Aufbau des Sensors kann ähnlich dem in Abb. 2.
Mehradrige isolierte Anschlussdrähte 1 (z. B. MGTF) werden an die Anschlüsse A und B von Relais 4 angelötet und durch ein mit Epoxidharz 2 gefülltes Halterohr 3 geführt. Um ein Austreten von flüssigem Harz zu verhindern, sind Stellen, an denen Rohr 2 nicht austritt, zu verlegen Die dicht am Relais 1 anliegenden Stellen werden beispielsweise mit Plastilin abgedichtet, das sich nach der Polymerisation des Harzes leicht entfernen lässt. Vor dem Ausgießen ist es notwendig, auf den verdrillten Kabelbaum einen flexiblen Polyvinylchloridschlauch 5 zu legen. Dieser schützt nicht nur vor widrigen Witterungseinflüssen, sondern auch vor Drahtbrüchen durch häufige Knicke, insbesondere an der Austrittsstelle aus dem Schlauch 2. Relaisleitungen dürfen nicht geknickt oder ungenutzte Leitungen abgeschnitten werden. Dadurch können die Glasisolatoren beschädigt werden, und wenn Feuchtigkeit in das versiegelte Relaisgehäuse eindringt, führt dies zu Korrosion und im Laufe der Zeit zum Bruch des ultradünnen Wicklungsdrahts. Auf den Operationsverstärkern DA1.1, DA1.2 und den Feldeffekttransistoren VT1, VT2 sind zwei 1-mA-Stromstabilisatoren montiert. Ihre Identität wird durch die Zufuhr einer Referenzspannung vom gemeinsamen Teiler R1R2 und die Gleichheit der Widerstände der Rückkopplungswiderstände R3 und R4 sichergestellt. Der Strom des oberen Stabilisators gemäß der Schaltung fließt durch den Sensor RK1 und zwei Anschlussdrähte, die an die Pins 1 und 3 des Steckers X1 angeschlossen sind, der Strom des unteren fließt durch einen Referenzwiderstand (Widerstand R5) und ebenfalls zwei daran angeschlossene Drähte Pins 2 und 3. Da das Messergebnis die Spannungsdifferenz an den Quellen der Transistoren VT1 und VT2 ist, heben sich die gleichen Spannungsabfälle an den Drähten und Kontakten des Steckers gegenseitig auf, wenn sie subtrahiert werden. Der Wert des Widerstands R5 ist etwas kleiner als der Widerstand des Sensors RK1 bei der minimal gemessenen Temperatur, entspricht also einem nahezu Null-Ausgangssignal des Wandlers. Wenn ein Sensor verwendet wird, dessen Widerstand sich bei Raumtemperatur deutlich von 1850 Ohm unterscheidet, ist es erforderlich, seinen Widerstand mit der obigen Formel bei der Temperatur der unteren Grenze des Messintervalls (z. B. -50 ° C) zu berechnen und zu messen der nächstkleinere Wert aus der E5-Serie als der Nennwert von R24. Sie produzieren Widerstände mit einer zulässigen Abweichung von nicht mehr als ±5 %, aber Sie müssen einen Präzisionswiderstand verwenden, zum Beispiel C2-29V mit einer Toleranz von +1 %. oder weniger, nur ein solcher Widerstand gewährleistet einen minimalen Einfluss von Temperaturänderungen am Installationsort des Geräts auf seine Messwerte. Der Subtraktionsvorgang wird von einem Präzisions-Gleichstromdifferenzverstärker unter Verwendung der Operationsverstärker DA2.1 und DA2.2 durchgeführt. Die Funktionsweise eines solchen Verstärkers ist in [3] beschrieben. Es ist notwendig, dass die Widerstandswerte der Widerstände R8-R11 genau gleich sind, daher sollten sie mit Toleranzen von nicht mehr als ±0,1...±0,25 % ausgewählt werden; die Widerstände R3, R4 sollten ähnliche Toleranzen haben. Die Verstärkung des Differenzverstärkers ist so eingestellt, dass die Obergrenze der Temperaturmessung der maximal möglichen Ausgangsspannung des Operationsverstärkers entspricht – etwa 4,4 V. Der erforderliche Wert der Verstärkung wird durch die Formel gefunden
wobei R0 der Sensorwiderstand bei Raumtemperatur ist, kOhm; i0=1 mA – Nennstrom durch den Sensor und den Referenzwiderstand; Tmax, Tmin – jeweils die Ober- und Untergrenze des Messintervalls, °C. Nachdem Sie die gleichen Werte der Widerstände R8-R11 angegeben haben (sie können mit jedem Wert von 2 bis 10 kOhm ausgewählt werden), berechnen Sie den Wert des Widerstands R6 anhand der Formel
Die Anforderungen an die Genauigkeit des Wertes dieses Widerstands sind nicht sehr hoch, Fehler können per Software kompensiert werden. Er muss aber wie andere Widerstände der Messeinheit thermisch stabil sein. Der Drucksensor BP1 - MPX4115AP wird von Motorola speziell für elektronische Barometer und barometrische Höhenmesser hergestellt. Im Bereich von 0,15...1,15 kPa (112,5...862,5 mmHg) ist die Abhängigkeit seiner Ausgangsspannung vom Druck linear mit einer normalisierten Steigung. Die Verschiebung der Nullcharakteristik verschiedener Sensorinstanzen erreicht jedoch 20 mm Hg. Kunst. Die Offsetkompensation ist bei diesem Gerät dem Mikrocontrollerprogramm zugeordnet. Der erste Sensorstift ist leicht an der halbkreisförmigen Aussparung zu erkennen. Wenn die Barometerwerte in einem hergestellten Gerät instabil sind, ist die Ursache meist eine Störung im Ausgangskreis des BP1-Sensors. Um sie loszuwerden, reicht es aus, zwischen den Klemmen 1 und 2 des Sensors einen Kondensator mit einer Kapazität von mindestens 0,047 μF zu installieren, der im Diagramm nicht dargestellt ist. Der Schaltkreis R7C11 gewährleistet eine zuverlässige Installation des DD2-Mikrocontrollers in seinem ursprünglichen Zustand, wenn der Strom eingeschaltet wird. Die Kondensatoren C1-C10, C12 sind Sperrkondensatoren, C13 und C14 werden zur Anregung des Quarzresonators ZQ1 benötigt. Die Leiterplatte des Controller-Moduls besteht beidseitig aus 1,5 mm dickem Folien-Glasfaserlaminat. Seine Abmessungen betragen 190x120 mm mit einem Ausschnitt von 90x60 mm. Eine Besonderheit der Schaltung und des Aufbaus des Moduls sind drei unabhängige „gemeinsame“ Leitungen für analoge, digitale Schaltkreise und Anzeigen. Im zusammengebauten Gerät werden diese Drähte erst im Leistungsmodul miteinander verbunden. Diese Technik reduziert die durch analoge und digitale Knoten und das Anzeigemodul verursachten Störungen. Vergessen Sie bei der unabhängigen Überprüfung und Einrichtung eines Controllers, der von „nicht standardmäßigen“, beispielsweise Laborquellen, gespeist wird, nicht, die gemeinsamen Drähte des letzteren anzuschließen. Widerstände R1-R6, R8-R11 - C2-29V oder andere Präzisionswiderstände mit den zuvor angegebenen Toleranzen. Die restlichen Widerstände sind gewöhnliche MLT oder C4-1. Alle Kondensatoren sind aus Keramik. Quarzresonator ZQ1 - NS-49 oder ein anderer mit der gewünschten Frequenz. XP1-HRZ-Stecker sind zweireihige PLD-Stiftblöcke. Der Blockteil des PC4-Anschlusses (X1) ist am Gerätegehäuse installiert. Seine Kontakte sind mit den entsprechenden Kontaktpads der Leiterplatte verbunden. Der Signalpegelwandler der RS-232-Schnittstelle MAX202CPE (DD1) kann durch eines seiner vielen funktionalen Analoga ersetzt werden, die sich nur in der Anzahl der Konvertierungskanäle, den empfohlenen Werten der Kondensatoren C4, C5, C9, C10 und dem Pegel unterscheiden zum Schutz der Ein- und Ausgänge vor Störungen und Überspannungen. Als letzten Ausweg kann die DD1-Mikroschaltung durch einen Knoten auf zwei Transistoren gemäß der in Abb. gezeigten Schaltung ersetzt werden. 3. Die negative Spannung, die in diesem Fall zur Bildung eines vollwertigen TXD-Signals erforderlich ist, wird durch Gleichrichten des vom Computer kommenden RXD-Signals mithilfe der VD1C1-Schaltung erhalten. Transformatorlose Wandler werden in spezielle Schnittstellenchips eingebaut, um erhöhte positive und negative Spannungen zu erzeugen.
Die Dual-Präzisions-Operationsverstärker MAX478CPA (DA1, DA2) werden durch Quad MAX479CPD ersetzt. Ähnliche Operationsverstärker werden von Analog Devices hergestellt (AD8512, AD8513). Als letzten Ausweg reicht ein einzelner inländischer KR140UD26A. Die Feldeffekttransistoren KPZ0ZE können durch KP302 mit den Buchstabenindizes B-G oder andere mit einem n-Kanal und einem anfänglichen Drainstrom von mindestens 3...5 mA ersetzt werden. Anstelle von KT315G-Transistoren können Sie KT315B oder KT3102 mit beliebigen Buchstabenindizes, anstelle von KT972A - KT817G und anstelle von KT973A - KT973B installieren. Natürlich ist es zulässig, auch andere Transistoren mit etwa gleicher Leistung und einem p21E von mindestens 100 zu verwenden, auch importierte. ANZEIGEMODUL Der Zweck dieses Moduls ist aus dem Namen ersichtlich und das Diagramm ist in Abb. dargestellt. 4. Zwischen den siebensegmentigen LED-Anzeigen für Stunden (HG1, HG2) und Minuten (HG3, HG4) mit 25 mm hohen Ziffern befinden sich die LEDs HL3 und HL4, die mit einer Frequenz von 0,5 Hz blinken. Die restlichen Indikatoren sind halb so groß. HG5-HG7 zeigen die Temperatur an, HG8 und HG9 die Maßeinheit (°C). Dank des Widerstands R2 leuchtet der Dezimalpunkt zwischen den Einer- und Zehntelgradstellen auf. Der Regler zeigt den Luftdruckwert auf den Indikatoren HG10-HG12 an, dessen Maßeinheit (mm) auf der Doppelsechzehn-Segment-Anzeige HG13 sichtbar ist. Bitte beachten Sie, dass der Controller die Anzeigen HG8, HG9 und HG13 nicht steuert. Die erforderlichen Symbole werden „programmiert“, indem die Kathoden der Segmente dieser Indikatoren über die Widerstände R4-R16 mit einem gemeinsamen Draht verbunden werden. Links neben der HG5-Anzeige (Zehnergrade) befindet sich eine horizontale flache LED HL1 – ein Minuszeichen. Die zweifarbige LED HL2 dient zur Statusanzeige der Pufferbatterie. Während die Spannung normal ist, ist sie grün; ein periodischer Farbwechsel des Leuchtens signalisiert, dass es Zeit ist, die Batterie auszutauschen. Wenn die Farbe konstant rot ist, ist der Akku vollständig entladen oder fehlt. Die Leiterplatte des Moduls besteht beidseitig aus Folien-Glasfaserlaminat mit einer Dicke von 1,5 mm. Seine Abmessungen betragen 190x75 mm. Der XP1-Stecker (PLD-24, identisch mit dem XP-Controller-Stecker) und alle Widerstände sind auf einer Seite der Platine montiert. Anzeigen HG1 - HG13 und LEDs HL1-HL4 - auf der gegenüberliegenden Seite, nachdem zuvor die Oberfläche und die Lötstellen der Steckerstifte und Widerstandsanschlüsse mit dunkler Farbe lackiert wurden. Dadurch wird das Erscheinungsbild des Geräts verbessert, indem ein dunkler Hintergrund für die Anzeigen erstellt wird und Gerätedetails für den Benutzer verborgen bleiben. Das Diagramm (siehe Abb. 4) zeigt die von Kingbright hergestellten LED- und Anzeigetypen, aber ähnliche LEDs und Indikatoren anderer Unternehmen, auch inländischer, können mit gleichem Erfolg verwendet werden.
Die Indikatoren HG1-HG4 sind gelb, HG5-HG7 sind grün, der Rest ist rot. Natürlich können Sie auch andere Farben ganz nach Ihrem Geschmack wählen. Die Farbe der LED HL1 sollte die gleiche sein wie die der Indikatoren HG5-HG7 und die LEDs HL3, HL4 - wie die Indikatoren HG1-HG4. Es empfiehlt sich der Einsatz von LEDs mit diffuser Lichtstreuung (mit mattierter Linse). Um eine unnötige Beleuchtung der Strukturelemente des Geräts zu vermeiden, bedecken Sie die Seitenflächen der HL1- und HL2-LEDs mit etwas deckender Farbe. LEISTUNGSMODUL In Abb. Abbildung 5 zeigt ein Diagramm eines Moduls, das vier Spannungen erzeugt: + 5 V (A) und -5 V – um die analogen Komponenten des Geräts mit Strom zu versorgen; +5 V (D) – für seine digitalen Knoten; pulsierende (ungefilterte) Spannung +12 V – für Blinker. Die Spannungen von den entsprechenden Wicklungen des Transformators T1 werden nach Gleichrichtung durch die Diodenbrücken VD1 - VD4 (mit Ausnahme der +12-V-Spannung) den Filterkondensatoren C1-C3 und den integrierten Stabilisatoren DA1-DA3 zugeführt. Das Modul verfügt über drei gemeinsame Kabelanschlüsse: Gemeinsam. (A) – „analog“; Allgemein (C) – „digital“; Allgemein (I) – für Indikatoren. Sie sind nur an einer Stelle auf der Leistungsmodulplatine miteinander verbunden, in allen anderen Modulen sind sie elektrisch nicht verbunden. Dies ist notwendig, um den Grad der Interferenzen, die von den digitalen Komponenten des Controller-Moduls durch analoge verursacht werden, zu reduzieren.
Transformator T1 - TP112-19 mit einem Ringmagnetkern, auf den zusätzlich zu den vorhandenen Wicklungen I-III zwei weitere gewickelt sind: IV (80 Windungen PEV-2-Draht 0,2 mm) und V (120 Windungen PEV- 2-Draht 0,5 mm ). Sie können jeden anderen Transformator mit einer Gesamtleistung von mindestens 15 W und der erforderlichen Anzahl an Sekundärwicklungen (I-IV - 7...9 V/0,05 A; V - 12...15V/0.5A) verwenden. Die Spannung der galvanischen Backup-Batterie GB1 wird über den Schalter SA1 und die Diode VD6 dem +5 V (C)-Ausgang zugeführt, wenn am Ausgang des Stabilisators DA3 keine entsprechende Spannung anliegt. Dies unterstützt den Betrieb des Controllers, wenn das Gerät vom Netzwerk getrennt ist, was nicht nur zum Schutz vor Ausfällen bei einem Netzwerkausfall, sondern beispielsweise auch für den Transport des Geräts von einem Raum in einen anderen erforderlich ist. Die GB1-Batterie besteht aus drei in Reihe geschalteten galvanischen Zellen der Größe AA. In den meisten Fällen ist der von der Batterie aufgenommene Strom vernachlässigbar, daher ist es besser, Zellen mit alkalischem Elektrolyten zu verwenden, die sich durch minimale Selbstentladung und maximal zulässige Haltbarkeit auszeichnen. Am zuverlässigsten sind „Marken“-Elemente namhafter Hersteller. Sie können mehrere Jahre ohne Austausch halten, und billige Nachahmungen sind manchmal schon nach wenigen Wochen funktionsunfähig. Der Schalter SA1 verbindet den Spannungssteuerkreis der Batterie GB1 mit der gemeinsamen Leitung, sofern diese nicht vorhanden ist. Dadurch werden falsche Anzeigewerte vermieden. Die Leiterplatte des Leistungsmoduls ist einseitig mit mehreren Überbrückungsdrähten ausgestattet. Plattenabmessungen - 120x100 mm. Die integrierten Stabilisatoren DA1 und DA3 können durch beliebige inländische oder importierte Stabilisatoren für eine positive Spannung von 5 V (KR1158EN5, 78L05, LM2931AZ-5.0), DA2 – für die gleiche negative Spannung (79L05, LM2990T-5.0) ersetzt werden. Oxidkondensatoren - K50-35 oder ihre importierten Analoga. Dioden VD5, VD6 – alle mit geringem Stromverbrauch. Wenn möglich, installieren Sie hier Schottky- oder Germaniumdioden. Allerdings kann sich der recht große Rückstrom des letzteren negativ auf die Lebensdauer des GB1-Akkus auswirken. MIKROCONTROLLER-PROGRAMM Der Quelltext des Programms ist im AVR-Assembler geschrieben. Der Inhalt der Hex-Datei, die als Ergebnis der Übersetzung des Programms erhalten wurde, ist in der Tabelle aufgeführt. 1. Dies muss in den Programmspeicher des DD2-Mikrocontrollers geladen werden.
Nach dem Einschalten beginnt das Programm mit der Initialisierung des Mikrocontrollers – dem Einstellen der Betriebsmodi von Timern, Interrupt-Systemen, I/O-Ports, UART sowie dem Schreiben der Anfangswerte von Variablen in Register und Speicherzellen. Danach beginnt eine Endlosschleife, die auf den Empfang von Befehlen über die serielle Schnittstelle wartet. Die Zeit wird basierend auf jeder zweiten Unterbrechung von Timer 1 gezählt. Basierend auf Interrupts von Timer 0 wird das Verfahren zur dynamischen Steuerung der Ausgabe von Informationen an LED-Anzeigen ausgeführt und die Ergebnisse der ADC-Operation werden gelesen. Die Timer-Interrupt-Periode beträgt 0–0,5 ms, sodass die Informationen in allen zehn Ziffern des Indikators alle 5 ms aktualisiert werden. Der nächste ADC-Abtastwert wird erhalten, wenn jeder 32. Interrupt ab Timer 0 verarbeitet wird. Die in 1024 ms erhaltenen 64 Abtastwerte eines der Parameter (Temperatur, Druck oder Spannung) werden addiert, dann wird die Summe durch 64 dividiert und der resultierende Durchschnitt ermittelt Der Wert wird für weitere Berechnungen im RAM gespeichert. Während der nächsten 1024 ms misst der ADC einen weiteren Parameter. Somit dauert ein vollständiger Sensorabfragezyklus etwas mehr als 3 s. Anschließend führt der Mikrocontroller Vorgänge zur Berechnung der physikalischen Werte der Messgrößen durch und bereitet diese für die Ausgabe an den Anzeiger auf. Der Mikrocontroller berechnet die auf dem Indikator angezeigte Zahl es während der Initialisierung in den RAM. Bei Bedarf können die Koeffizienten mithilfe eines an das Gerät angeschlossenen Computers an die tatsächlichen Eigenschaften der Sensoren „angepasst“ werden. Neue Werte bleiben gültig, bis der Mikrocontroller ausgeschaltet wird; sie werden nicht im nichtflüchtigen Speicher gespeichert. Der Mikrocontroller überwacht den Zustand der Batterie und vergleicht das Ergebnis der Spannungsmessung mit zwei im Programm integrierten Schwellenwerten. Wenn die Batteriespannung mehr als 3,3 V beträgt, sind die Pegel an den Ausgängen PB5 und PC7 des Mikrocontrollers so, dass die Farbe der HL2-LED (siehe Abb. 4) grün ist. Liegt die Batteriespannung im Bereich von 1,25...3,3 V, ändert sich jede Sekunde die Polarität der an der LED anliegenden Spannung und die Farbe ihres Leuchtens. Sinkt die Spannung unter 1,25 V, leuchtet die LED dauerhaft rot. Die angegebenen Schwellwerte sind Richtwerte, da sie beispielsweise von der Versorgungsspannung +5 V (A) abhängen. Die im AT90LS8535-Mikrocontroller bereitgestellten Modi zur Reduzierung des Stromverbrauchs (Leerlauf, Ausschalten und Energiesparen) werden vom Programm nicht verwendet, selbst wenn es mit einer Pufferbatterie betrieben wird. Seine Energie reicht bereits aus, um Uhren ohne Stromanschluss mehrere Tage lang mit Strom zu versorgen. Der Empfang über die RS-232-Schnittstelle und die Ausführung von sechs in der Tabelle aufgeführten Befehlen sind vorgesehen. 2.
Der Computer, an dessen COM-Port das Gerät mit einem Nullmodemkabel angeschlossen ist, sendet Befehle durch Übertragung von ein bis drei in der Tabelle angegebenen Bytes und empfängt Antworten darauf im Modus: Wechselkurs - 9600 Baud, Anzahl der Datenbits - 8, Anzahl der Stoppbits - 1, Parität ist deaktiviert. In der Tabelle 3 zeigt die Adressen, an denen verschiedene Variablen und Parameter im RAM des Mikrocontrollers gespeichert sind. Von den Adressen werden nur die Low-Bytes angegeben, die laut Tabelle in den Befehlen angegeben sind. 2. Das höchstwertige Byte 01H ist impliziert.
EXTERNES COMPUTERPROGRAMM Das Lclock-Programm zur Steuerung der Uhr und zur Kalibrierung von Thermometer und Barometer wurde mit dem Delphi-Paket Version 3.0 erstellt – einem Windows-Anwendungsentwicklungssystem von Borland. Für den Zugriff auf die COM-Ports des Computers wurde eine Bibliothek entsprechender Funktionen von SaxSoft (Datei „comm.fnc“) verwendet. Der COM1-Port-Anschluss (standardmäßig können Sie im Lclock-Programmmenü bei Bedarf den COM2-Port verwenden) wird mit einem Nullmodemkabel an den entsprechenden Uhrenanschluss angeschlossen. Das Hauptfenster des Programms ist in Abb. dargestellt. 6. Alle 3 Sekunden liest es die aktuellen Werte für Zeit, Temperatur und Druck aus dem Speicher des Uhrencontrollers und zeigt Werte an, die die Messwerte der LED-Anzeigen in den entsprechenden Bildschirmfenstern duplizieren. Darüber hinaus liest das Programm die Spannung der Backup-Batterie aus und zeigt sie an.
Wenn der „Record-On“-Modus aktiviert ist, werden die empfangenen Daten automatisch in der Festplattendatei sclock.ini gespeichert. Sie können verwendet werden, um die Durchschnittswerte von Temperatur und Druck über einen bestimmten Zeitraum zu berechnen, Diagramme ihrer Änderungen zu zeichnen und andere ähnliche Vorgänge durchzuführen. Standardmäßig ist der Modus auf „Record-Off“ eingestellt und es wird keine Aufnahme durchgeführt. Wenn das Programm zum Zeitpunkt der Aufzeichnung feststellt, dass die Datei sclock.ini bereits vorhanden ist, fügt es neue Daten zu den vorhandenen Daten hinzu, andernfalls erstellt es eine neue Datei mit demselben Namen. Das Lclock-Programm liest und zeigt auch die Werte aller Koeffizienten an, die der Mikrocontroller bei der Berechnung der Koeffizienten verwendet. Sie können manuell geändert werden, indem Sie die erforderlichen Werte in den entsprechenden Fenstern angeben, oder automatisch, indem Sie einen der Kalibrierungsvorgänge („Automatische Berechnung“) durchführen. Außerdem ist es möglich, die aktuelle Uhrzeit einzustellen („Set time“) und den Frequenzteilungsfaktor des Mikrocontroller-Taktgenerators („Set speed“) anzupassen, um die Taktrate anzupassen. Um die genaue Uhrzeit einzustellen, stellen Sie einfach in den entsprechenden Fenstern neue Werte für Minuten und Stunden ein oder klicken Sie auf die Schaltfläche „Von Computern festlegen“. Im letzteren Fall werden die Messwerte eingestellt, die der Systemzeit des Computers entsprechen. Es, in wiederum kann über das Internet mit Atomuhren genau eingestellt werden (siehe ., z. B. [4]). Die Tasten „Reset sec“ und „Set sec=59“ dienen der präzisen Uhrensynchronisation. Sie stellen den Sekundenwert ein, was nicht auf den Anzeigen und auf dem Bildschirm angezeigt wird, auf 0 bzw. 59. KALIBRIERUNG VON THERMOMETER UND BAROMETER Die am Anfang des Artikels angegebenen Messfehlerwerte charakterisieren die potenziellen Fähigkeiten der Gerätehardware. Tatsächliche Fehler bei Temperatur- und Druckmessungen hängen weitgehend von der Genauigkeit und Präzision der Kalibrierung ab. Bei der Durchführung dieser Operation werden die genauen Werte der Koeffizienten ermittelt und in den Gerätespeicher geschrieben, mit denen aus den ADC-Registern gelesene dimensionslose Zahlen in Werte physikalischer Größen in den entsprechenden Einheiten umgewandelt werden. Für jede der Größen Temperatur T und Druck P werden zwei Parameter benötigt: Nullpunktverschiebung (ZT, ZP) und Steigung (Kt, KR) der Kennlinien. Bekanntlich führt der Mikrocontroller arithmetische Operationen nur mit ganzen Zahlen durch und die Parameter Kt, KR sind in der Regel gebrochen. Daher arbeitet das Programm tatsächlich mit ihren Werten multipliziert mit 1024. Sie werden in den RAM-Zellen des Mikrocontrollers gespeichert und in den Lclock-Programmfenstern angezeigt. Das Endergebnis der Temperatur- oder Druckberechnung erhält man durch Skalierung – Division des vorläufigen Ergebnisses durch 1024 Zur Berechnung der Parameter genügen zwei Kalibrierpunkte. Je näher sie an den Rändern des am häufigsten verwendeten Temperatur- oder Druckbereichs liegen, desto besser. Um beispielsweise ein Thermometer zu kalibrieren, müssen dessen Messwerte vor der Kalibrierung (T1, T2) und die Messwerte des Referenzthermometers (T01, T02) an ausgewählten Punkten bekannt sein. Anschließend werden die neuen Werte von Kt und Zt anhand der Formeln berechnet (Who und Zto sind die alten Werte der Parameter):
Als Referenz für die Kalibrierung eignet sich am besten ein Quecksilber-Aquarienthermometer, das im Zoofachhandel erhältlich ist. Der Fehler von Haushalts-Alkoholthermometern ist zu groß. Nach dem Start des Lclock-Programms werden der Temperatursensor und das Referenzthermometer in heißes Wasser getaucht (es muss ständig gerührt werden). Nachdem Sie sie dort mindestens 5 Minuten lang belassen haben, um die Messwerte zu stabilisieren, drücken Sie im entsprechenden Programmfenster die Schaltfläche „Temperature-Automatic Calc-Calc&Set“, geben Sie den von der Skala des Referenzthermometers abgelesenen Wert in das Fenster „First Point“ ein und Drücken Sie die Eingabetaste. In diesem Moment zeichnet das Programm automatisch die Messwerte des Temperatursensors auf. Übertragen Sie den Sensor und das Thermometer in kaltes Wasser, dessen Temperatur sich um 20 Grad Celsius oder mehr von der vorherigen unterscheidet. Nachdem die Messwerte stabilisiert und in das Fenster „Zweiter Punkt“ eingegeben wurden, werden neue Werte der Kt- und ZT-Koeffizienten berechnet und in den RAM des Geräts geschrieben. Das Barometer wird auf ähnliche Weise kalibriert. Die Formeln zur Berechnung von KP und ZP ähneln denen oben für Kt und ZT. Natürlich werden darin die Temperaturwerte T durch Druckwerte P ersetzt. Die Kalibrierung wird jedoch dadurch erschwert, dass Instrumente zur genauen Messung des Atmosphärendrucks nur in professionell ausgestatteten Laboren verfügbar sind. Daher müssen wir Internetdaten als Referenz verwenden (z. B. , , ), Radio- und Fernsehwetterdienste. Leider sind sie ungenau und werden zu spät korrigiert. Daher müssen Sie, ohne sich auf die Informationen eines einzelnen Dienstes zu beschränken, die Nachrichten mehrerer Dienste durchsehen, offensichtliche Fehler aussortieren und plausible Werte mitteln. Bevor Sie das Lclock-Programm zur Kalibrierung des Barometers ausführen, warten Sie, bis der Druck niedrig genug oder umgekehrt hoch ist (Extremwerte in der Region Moskau sind 720 und 770 mm Hg). Geben Sie den wahren Druck in das Fenster „Erster Punkt“ ein, indem Sie zunächst auf die Schaltfläche „Druck – automatische Berechnung – Berechnung und Einstellung“ klicken. Dieser Wert wird zusammen mit den Drucksensormesswerten in eine Festplattendatei geschrieben. Jetzt können Sie das Programm schließen und den Computer ausschalten, bevor sich der Luftdruck dem entgegengesetzten Extremwert nähert. Drücken Sie beim Neustart des Lclock-Programms erneut die Schaltfläche „Pressure-Automatic Calc-Calc&Set“ und geben Sie im Fenster „Second Point“ den tatsächlichen Druckwert ein. Danach werden die korrigierten Parameter KR und ZP automatisch berechnet und in den RAM des Geräts geschrieben, und das Programm liest die Daten über den ersten Kalibrierungspunkt aus der Datei. Der Uhrencontroller speichert die Kalibrierungsergebnisse im RAM. Wenn die Versorgungsspannung also vollständig unterbrochen wird (z. B. beim Austausch oder bei einer Fehlfunktion der Backup-Batterie), gehen diese verloren. Um dies zu vermeiden, wird empfohlen, nach der Kalibrierung auf die Schaltfläche „Als Standard speichern“ zu klicken und die eingestellten Koeffizientenwerte (sowie der Quarzfrequenzteilungskoeffizient) in der Festplattendatei zu speichern. Um verlorene Werte wiederherzustellen, Sie müssen lediglich auf die Schaltfläche „Standardkoeffizient festlegen“ klicken. Sie können die gefundenen Werte einfach auf Papier notieren und bei Bedarf in die entsprechenden Fenster eingeben. Wenn kein Austausch der Sensoren während des Betriebs zu erwarten ist, können Sie den Controller zwingen, die Ergebnisse der einmal durchgeführten Standardparameterkalibrierung zu akzeptieren. Der korrekteste Weg, dies zu tun, besteht darin, die entsprechenden Konstanten im Assembler-Code des Programms zu ändern, es zu kompilieren und den Mikrocontroller neu zu programmieren. Ohne Eingriff in den Quelltext kann der gleiche Vorgang durch einfaches Ändern einiger Bytes direkt in der Hex-Datei durchgeführt werden (siehe Tabelle 1). In Abb. In Abb. 7 zeigt, wie darin die Werte der Parameter KR, ZP, Kt, ZT geschrieben sind. Dort ist auch der Teilungsfaktor der Mikrocontroller-Taktfrequenz angegeben, der für einen genauen Taktbetrieb erforderlich ist. Sein Wert sollte numerisch 1/64 der Taktfrequenz des DD2-Mikrocontrollers in Hertz entsprechen. In der Praxis kann die Abweichung dieser Frequenz vom auf dem Quarzresonator ZQ1 angezeigten Nennwert (4096 kHz) Hunderte von Hertz erreichen.
In jeder geänderten Zeile der Hex-Datei muss das letzte Byte – die Prüfsumme – korrigiert werden. In Abb. 7 Diese Bytes sind unterstrichen. Addieren Sie arithmetisch die Werte aller bis auf die letzten Bytes der Zeichenfolge und subtrahieren Sie deren Summe von der nächsthöheren Zweierpotenz. Das niederwertige Byte der resultierenden Differenz ist die neue Prüfsumme. Literatur
Autor: Yu.Revich, Moskau
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