Barograph. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Das Gerät dient dazu, Änderungen des Luftdrucks während des Fluges eines Modellflugzeugs aufzuzeichnen. Es basiert auf einem Mikrocontroller der MCS-51-Familie und einem nichtflüchtigen Speicherchip. Die Analog-Digital-Wandlung wird in Software implementiert. Die aufgezeichneten Informationen können an einen Computer übertragen und beispielsweise zur Aufzeichnung der Flughöhe verwendet werden.

Das Durchführen von Messungen ist vielleicht der häufigste „Beruf“ von Mikrocontrollern. Dabei wird die zum gemessenen Parameter proportionale Spannung zunächst in ein digitales Äquivalent – ​​einen Multibit-Binärcode – umgewandelt. Nach Abschluss dieses Vorgangs erhält der Mikrocontroller vom Analog-Digital-Wandler (ADC) ein Bereitschaftssignal, das Ergebnis parallel oder seriell an ihn zu übertragen.

Reis. 1 (zum Vergrößern anklicken)

Eine solche Lösung ist jedoch nicht immer gerechtfertigt, da die Notwendigkeit, den ADC als separate Mikroschaltung zu verwenden oder sogar in den Mikrocontroller integriert zu werden, zwangsläufig die Kosten des Geräts und manchmal auch seinen Stromverbrauch erhöht. Zweitens verkompliziert das Hinzufügen eines ADC zum Design der Mikroschaltung das Gerät und verringert seine Zuverlässigkeit, da viele elektrische Verbindungen zwischen ihm und dem Mikrocontroller organisiert werden müssen.

Aber oft, insbesondere bei geringen Anforderungen an die Geschwindigkeit der Analog-Digital-Wandlung, kann dies mit einem einfachen Programm für einen billigen Mikrocontroller ohne integrierten ADC implementiert werden.

Der Barograph, dessen Schaltung in der Abbildung dargestellt ist, verwendet den immer noch beliebten Mikrocontroller AT89C2051 (DD1) ohne eingebauten ADC, der hinsichtlich Architektur und Befehlssatz zur MCS-51-Familie gehört. Atmosphärendrucksensor - MPX4115A (B1). Proportional zum gemessenen Druck wird die vom Operationsverstärker DA1.1 verstärkte Ausgangsspannung des Sensors einem der Eingänge des im Mikrocontroller eingebauten Spannungskomparators zugeführt. An seinem anderen Eingang wird eine linear ansteigende Spannung angelegt, die sich am Kondensator C5 bildet, wenn dieser mit einem stabilen Quellenstrom über die Zenerdiode VD1 und den Transistor VT2 aufgeladen wird. Die Abweichung des Änderungsgesetzes dieser Spannung vom linearen beträgt nicht mehr als ±0,3 %.

Das Ergebnis der Konvertierung ist die Anzahl der Impulse, die vom internen Timer-Zähler des Mikrocontrollers gezählt werden und an seinem Eingang von dem Moment an empfangen werden, in dem die Spannung am Kondensator zu steigen beginnt, bis zu dem Moment, in dem sie der von ihm aufgezeichneten verstärkten Sensorspannung entspricht Komparator. Danach erzeugt der Mikrocontroller am Ausgang P1.4 einen Impuls, der den Transistor VT1 öffnet. Der Kondensator C5 wird über den Widerstand R10 und einen offenen Transistor entladen, woraufhin der Messzyklus wiederholt wird.

Der Timer arbeitet im Modus 0, er ist achtbitig, sein Zähleingang empfängt Impulse mit der Frequenz des Quarzoszillators des Mikrocontrollers geteilt durch 12, die einen vorläufigen Fünf-Bit-Teiler passiert haben. Bei der Frequenz des Quarzresonators ZQ1 Fkv = 11,059 MHz ist die Frequenz der Zählimpulse gleich

Fsch \u12d Fkv / (2 * XNUMX⁵) = 11059/384 = 28,8 kHz.

Da der Zustand des Vorteilers am Ende der Zählung im TNO-Register des Mikrocontrollers gespeichert wird, erreicht die Gesamtbitlänge des Konvertierungsergebnisses 13.

Wenn der Barograph mit gedrückter SB1-Taste eingeschaltet wird, werden die Umrechnungsergebnisse im nichtflüchtigen Speicherchip 24LC02B (DS1) gespeichert, der über die I2C-Schnittstelle mit dem Mikrocontroller verbunden ist. Wenn beim Einschalten die SB1-Taste nicht gedrückt wurde, werden alle zuvor im nichtflüchtigen Speicher aufgezeichneten Informationen Byte für Byte über den XS1-Anschluss an den RXD-Eingang des COM-Ports des Computers gesendet. Jedes auf dem Computer laufende Terminalprogramm kann es akzeptieren.

Der Former des Ausgangssignals entsprechend dem RS-232-Standard ist der als Komparator enthaltene Operationsverstärker DA1.2. Obwohl die den Lesern angebotene Version des Mikrocontroller-Programms nicht den Empfang von Informationen von einem Computer vorsieht, ist der dafür erforderliche Pegelwandler im Barographen vorhanden. Es ist auf einem Transistor VT3 aufgebaut.

Der XS1-Stecker muss direkt oder über ein „Modem“-Kabel (ohne Crossover) mit dem COM-Port-Anschluss des Computers verbunden werden. In den meisten Fällen reicht es aus, nur zwei Drähte im Kabel zu haben – die RXD- und SG-Schaltkreise. Um den Empfang der vom Computer übermittelten Informationen durch den Barographen zu organisieren, ist ein weiterer, TXD, erforderlich. Die verbleibenden fünf Drähte und Brücken zwischen den Kontakten des XS1-Steckers werden nur für den korrekten Betrieb von Computerprogrammen benötigt, die die DTR- und RTS-Steuersignale erzeugen und den Zustand der DCD-, DSR- und CTS-Eingänge analysieren. Im Mikrocontroller-Programm ist die Geschwindigkeit seiner seriellen Schnittstelle auf 9600 Baud eingestellt.

Der Barograph wird von zwei galvanischen Batterien mit einer Spannung von 9 V (z. B. „Krona“) gespeist. Bei der Entwicklung des Programms wurden auf der Atmel-Website Beispiele für die Umsetzung der Kommunikation über die I2C-Schnittstelle des AT89C2051-Mikrocontrollers mit einem Speicherchip verwendet.

Autor: K. Dunaev

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