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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Orologio con termometro e barometro. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Orologi, temporizzatori, relè, interruttori di carico Il dispositivo proposto è costruito su un microcontrollore AT90LS8535; mostra non solo l'ora, ma anche la temperatura e la pressione atmosferica, sostituendo così tre elettrodomestici convenzionali. Può essere collegato tramite un'interfaccia seriale a un personal computer, che aiuterà a calibrare le scale del termometro e del barometro e, se necessario, raccoglierà dati per visualizzare grafici dei cambiamenti nelle loro letture nell'intervallo di tempo selezionato. Sull'indicatore LED del dispositivo è possibile osservare i valori dell'ora corrente nella forma HH.MM; temperatura nel luogo in cui è installato il sensore remoto, °C; pressione atmosferica, mmHg. Arte. Lo stato della batteria di backup è indicato su tre livelli (“normale - attenzione - basso”).Il dispositivo misura temperature nell'intervallo -50...+50 °C con un errore di 0,1...0,2 °C. Intervallo di misurazione della pressione - 700 ..800 mm Hg con un errore di 1...2 mm Hg. Strutturalmente, il dispositivo è costituito da tre moduli (schede): un controller, un'indicazione e un'alimentazione, inseriti in un alloggiamento di 210x160x80 mm con una finestra trasparente per gli indicatori, e un sensore di temperatura remoto collegato all'unità principale con un cavo a tre fili fino a 20 m di lunghezza.Il sensore della pressione atmosferica si trova all'interno dell'alloggiamento. La scelta del microcontrollore AT90LS8535 di Atmel è dovuta alle seguenti circostanze:
Il microcontrollore AT90LS8535 può essere sostituito con un più moderno ATmega8535L o i comuni ATmega10Z, ATMEga603 della stessa azienda senza modificare il programma. Tuttavia, gli ultimi due microcircuiti sono molto più costosi e sono prodotti solo in un pacchetto completo a 64 pin, che richiederà una significativa complicazione del circuito stampato. MODULO DI CONTROLLO Nel modulo controller, il cui schema è mostrato in Fig. 1, si trovano i componenti principali del dispositivo: microcontrollore DD2; conversione dei segnali UART del microcontrollore in livelli standard dell'interfaccia RS-232 (chip DD1); unità per convertire la resistenza del sensore di temperatura RK1 in tensione (chip DAI, DA2, transistor VT1, VT2); sensore di pressione (BP1); Tasti di controllo indicatori LED (transistor VT3-VT30); Spine per interfaccia RS-232 (XP1), programmazione del microcontrollore (XP2) e per il collegamento di indicatori (XP3).
Sotto il controllo del microcontrollore DD2, gli interruttori sui transistor VT3-VT12, VT21-VT30 sono collegati alternativamente alla fonte di alimentazione del circuito di anodi comuni di dieci indicatori a sette segmenti, i loro catodi sono commutati dai transistor VT13-VT19. Il transistor VT30 controlla una coppia di LED posizionati tra le ore e i minuti dell'indicatore. Dal pin 29 (PC7) del microcontrollore viene inviato un segnale al LED per il segno meno della temperatura, e dai pin 6 (PB5) e 7 (PB6) ad un LED bicolore che indica lo stato della batteria di backup. Tutti gli indicatori sopra menzionati si trovano all'esterno del modulo controller. Poiché vengono utilizzati i pin 6, 7 del microcircuito DD2 e per programmarlo, è consigliabile eseguire questa operazione scollegando il cavo che collega il controller e i moduli display dalla spina HRZ. Tensioni proporzionali ai valori misurati vengono fornite a tre pin del microcontrollore DD2, programmati come ingressi di tre degli otto canali disponibili dell'ADC integrato. Pin 40 (PA0/ADC0) temperatura, 39 (PA1/ADC1) - pressione, 38 (PA2/ADC2) - tensione batteria. La tensione standard per l'ADC è +32 V A applicata al pin 5 (AREF) del microcontrollore, il che riduce significativamente i requisiti per la stabilità di quest'ultimo. Il fatto è che la tensione di uscita dei sensori di temperatura e pressione è proporzionale non solo ai parametri misurati, ma anche alla tensione di alimentazione. La modifica della tensione di riferimento insieme ad essa elimina questa dipendenza nel codice di uscita dell'ADC. Anche se le deviazioni della tensione di riferimento dal valore nominale introducono ulteriori errori nel risultato della misurazione della tensione della batteria, in questo caso non sono così importanti. Il termistore RK1 - un sensore di temperatura - è l'avvolgimento del relè RES60 (passaporto RS4.569-435) con una resistenza di 00+1900/-120 Ohm a 380 °C. Qui è possibile utilizzare altri avvolgimenti in rame con approssimativamente la stessa resistenza, inclusi gli avvolgimenti del relè RES20 (passaporto RS49-4.569.421), versioni RES00 DLT79. DLT4.555.011-4.555.011. La resistenza del filo di rame dell'avvolgimento dipende linearmente dalla temperatura ed è abbastanza stabile nel tempo. Se il suo valore è noto alla temperatura T0 (ad esempio a 20 °C), allora alla temperatura T la resistenza diventerà uguale R(T) = R(T0)[1 +0,004(T T0)]. Il design del sensore può essere simile a quello mostrato in Fig. 2.
I cavi di collegamento multipolari isolati 1 (ad esempio, MGTF) sono saldati ai terminali A e B del relè 4, facendoli passare attraverso un tubo di supporto 2 riempito con resina epossidica 3. Per evitare perdite di resina liquida, luoghi in cui il tubo 2 non fissati saldamente al relè 1 e sigillati, ad esempio, con plastilina, che è facile da rimuovere dopo la polimerizzazione della resina. Prima di versare, è necessario posizionare sul cablaggio attorcigliato un tubo flessibile di cloruro di polivinile 5. Proteggerà non solo dagli agenti atmosferici avversi, ma anche dalle rotture del filo dovute a frequenti attorcigliamenti, soprattutto nel punto di uscita dal tubo 2. I cavi dei relè non devono essere piegati o quelli non utilizzati non devono essere tagliati. Ciò può danneggiare gli isolanti in vetro e l'umidità che penetra all'interno della custodia sigillata del relè causerà corrosione e, nel tempo, la rottura del filo di avvolgimento ultrasottile. Due stabilizzatori di corrente da 1.1 mA sono assemblati sull'amplificatore operazionale DA1.2, DA1 e sui transistor ad effetto di campo VT2, VT1. La loro identità è assicurata dall'alimentazione di una tensione di riferimento dal divisore comune R1R2 e dall'uguaglianza delle resistenze dei resistori di retroazione R3 e R4. La corrente dello stabilizzatore superiore secondo il circuito scorre attraverso il sensore RK1 e due fili di collegamento collegati ai pin 1 e 3 del connettore X1, la corrente di quello inferiore scorre attraverso una resistenza di riferimento (resistore R5) e anche due fili collegati a pin 2 e 3. Poiché il risultato della misurazione è la differenza di tensione sulle sorgenti dei transistor VT1 e VT2, le cadute di tensione uguali sui fili e sui contatti del connettore si annullano a vicenda quando vengono sottratte. Il valore del resistore R5 è leggermente inferiore alla resistenza del sensore RK1 alla temperatura minima misurata, quindi corrisponde ad un segnale di uscita del convertitore quasi nullo. Se si utilizza un sensore con una resistenza notevolmente diversa da 1850 Ohm a temperatura ambiente, è necessario calcolare la sua resistenza utilizzando la formula precedente alla temperatura del limite inferiore dell'intervallo di misurazione (ad esempio, -50 ° C) e prendere il valore più piccolo più vicino della serie E5 come valore nominale R24. Producono resistori con una deviazione consentita non superiore a ±5%, ma è necessario utilizzarne uno di precisione, ad esempio C2-29V con una tolleranza di +1% o meno, solo un tale resistore garantirà un'influenza minima delle variazioni di temperatura nel luogo di installazione del dispositivo sulle sue letture. L'operazione di sottrazione viene eseguita da un amplificatore CC differenziale di precisione che utilizza amplificatori operazionali DA2.1, DA2.2. Il funzionamento di tale amplificatore è descritto in [3]. È necessario che le resistenze dei resistori R8-R11 siano esattamente uguali, quindi dovrebbero essere selezionate con tolleranze non superiori a ±0,1...±0,25%; i resistori R3, R4 dovrebbero avere tolleranze simili. Il guadagno dell'amplificatore differenziale è impostato in modo tale che il limite superiore della misurazione della temperatura corrisponda alla massima tensione di uscita possibile per l'amplificatore operazionale - circa 4,4 V. Il valore richiesto del guadagno è trovato dalla formula
dove R0 è la resistenza del sensore a temperatura ambiente, kOhm; i0=1 mA - corrente nominale attraverso il sensore e il resistore di riferimento; Tmax, Tmin - rispettivamente i limiti superiore e inferiore dell'intervallo di misurazione, °C. Avendo dato valori uguali dei resistori R8-R11 (possono essere selezionati con qualsiasi valore compreso tra 2 e 10 kOhm), calcolare il valore del resistore R6 utilizzando la formula
I requisiti per la precisione del valore di questo resistore non sono molto elevati; gli errori possono essere compensati tramite software. Ma come gli altri resistori dell'unità di misura, deve essere termicamente stabile. Il sensore di pressione BP1 - MPX4115AP è prodotto da Motorola appositamente per barometri elettronici e altimetri barometrici. Nell'intervallo 0,15...1,15 kPa (112,5...862,5 mmHg), la dipendenza della tensione di uscita dalla pressione è lineare con una pendenza normalizzata. Tuttavia, lo spostamento delle caratteristiche zero delle diverse istanze del sensore raggiunge i 20 mmHg. Arte. La compensazione dell'offset in questo dispositivo è assegnata al programma del microcontrollore. Il primo pin del sensore può essere facilmente identificato dalla rientranza semicircolare su di esso. Se le letture del barometro in un dispositivo fabbricato sono instabili, molto spesso la colpa è dell'interferenza indotta sul circuito di uscita del sensore BP1. Per eliminarli è sufficiente installare tra i terminali 1 e 2 del sensore un condensatore con una capacità di almeno 0,047 μF, non mostrato nello schema. Il circuito R7C11 garantisce un'installazione affidabile del microcontrollore DD2 al suo stato originale quando l'alimentazione è accesa. I condensatori C1-C10, C12 sono condensatori di blocco, C13 e C14 sono necessari per eccitare il risonatore al quarzo ZQ1. Il circuito stampato del modulo controller è a doppia faccia realizzato in laminato di fibra di vetro con uno spessore di 1,5 mm. Le sue dimensioni sono 190x120 mm con un ritaglio di 90x60 mm. Una caratteristica speciale del circuito e del design del modulo sono i tre fili "comuni" indipendenti per circuiti e indicatori analogici e digitali. Nel dispositivo assemblato, questi fili sono collegati tra loro solo nel modulo di potenza. Questa tecnica riduce le interferenze create dai nodi analogici e digitali e dal modulo display. Quando si controlla e si configura in modo indipendente un controller alimentato da fonti "non standard", ad esempio da laboratorio, non dimenticare di collegare i fili comuni di quest'ultimo. Resistori R1-R6, R8-R11 - C2-29V o altri di precisione con le tolleranze precedentemente specificate. I restanti resistori sono normali MLT o C4-1. Tutti i condensatori sono ceramici. Risonatore al quarzo ZQ1 - NS-49 o altro alla frequenza desiderata. Le spine XP1-HRZ sono blocchi pin PLD a doppia fila. La parte di blocco del connettore PC4 (X1) è installata sul corpo del dispositivo. I suoi contatti sono collegati ai corrispondenti contatti del circuito stampato. Il convertitore di livello del segnale dell'interfaccia RS-232 MAX202CPE (DD1) può essere sostituito con uno dei suoi numerosi analoghi funzionali, che differiscono solo per il numero di canali di conversione, i valori consigliati dei condensatori C4, C5, C9, C10 e il livello di protezione degli ingressi e delle uscite da disturbi e sovratensioni. Come ultima risorsa, il microcircuito DD1 può essere sostituito con un nodo su due transistor secondo lo schema mostrato in Fig. 3. La tensione negativa necessaria per formare un segnale TXD a tutti gli effetti in questo caso si ottiene rettificando il segnale RXD proveniente dal computer utilizzando il circuito VD1C1. I convertitori senza trasformatore sono integrati in chip di interfaccia specializzati per produrre maggiori tensioni positive e negative.
Gli amplificatori operazionali a doppia precisione MAX478CPA (DA1, DA2) saranno sostituiti dal quad MAX479CPD. Amplificatori operazionali simili sono prodotti da Analog Devices (AD8512, AD8513). Come ultima risorsa, andrà bene il singolo KR140UD26A domestico. I transistor ad effetto di campo KPZ0ZE possono essere sostituiti con KP302 con indici di lettere B-G o altri con canale n e corrente di drain iniziale di almeno 3...5 mA. Invece dei transistor KT315G, puoi installare KT315B o KT3102 con qualsiasi indice di lettere, invece di KT972A - KT817G e invece di KT973A - KT973B. Naturalmente, è consentito utilizzare qualsiasi altro transistor approssimativamente della stessa potenza con un p21E pari ad almeno 100, compresi quelli importati. MODULO DI INDICAZIONE Lo scopo di questo modulo è chiaro dal nome e lo schema è mostrato in Fig. 4. Tra gli indicatori LED a sette segmenti per ore (HG1, HG2) e minuti (HG3, HG4) con cifre alte 25 mm si trovano i LED HL3 e HL4, che lampeggiano ad una frequenza di 0,5 Hz. Gli indicatori rimanenti sono la metà. HG5-HG7 mostrano la temperatura, HG8 e HG9 la sua unità di misura (°C). Grazie alla resistenza R2 si illumina il punto decimale tra le cifre delle unità e dei decimi di grado. Il controllore visualizza il valore della pressione atmosferica sugli indicatori HG10-HG12, la cui unità di misura (mm) è visibile sul doppio indicatore a sedici segmenti HG13. Si prega di notare che il controller non controlla gli indicatori HG8, HG9, HG13. I simboli necessari vengono “programmati” collegando i catodi dei segmenti di questi indicatori a un filo comune tramite resistori R4-R16. A sinistra dell'indicatore HG5 (decine di gradi) è presente un LED piatto orizzontale HL1, un segno meno. Il LED bicolore HL2 serve per indicare lo stato della batteria tampone. Mentre la tensione è normale, è verde; un cambiamento periodico nel colore della luce segnala che è ora di sostituire la batteria. Se il colore è costantemente rosso, la batteria è completamente scarica o mancante. Il circuito stampato del modulo è bifacciale realizzato in laminato di fibra di vetro con uno spessore di 1,5 mm. Le sue dimensioni sono 190x75 mm. La presa XP1 (PLD-24, identica alla presa del controller XP) e tutti i resistori sono montati su un lato della scheda. Indicatori HG1 - HG13 e LED HL1-HL4 - sul lato opposto, avendo precedentemente verniciato la sua superficie e le aree di saldatura dei pin della spina e dei terminali del resistore con vernice scura. Ciò migliora l'aspetto del dispositivo creando uno sfondo scuro per gli indicatori e nascondendo i dettagli del dispositivo all'utente. Il diagramma (vedi Fig. 4) mostra i tipi di LED e indicatori prodotti da Kingbright, ma con uguale successo è possibile utilizzare quelli simili di altre aziende, comprese quelle domestiche.
Gli indicatori HG1-HG4 sono gialli, HG5-HG7 sono verdi, il resto è rosso. Naturalmente è possibile scegliere altri colori in base ai propri gusti. Il colore del LED HL1 dovrebbe essere lo stesso di quello degli indicatori HG5-HG7 e dei LED HL3, HL4 - come gli indicatori HG1-HG4. Si consiglia di utilizzare LED con diffusione della luce diffusa (con lente smerigliata). Per eliminare un’illuminazione non necessaria degli elementi strutturali dell’apparecchio, ricoprire le superfici laterali dei LED HL1 e HL2 con della vernice opaca. MODULO DI POTENZA Nella fig. La Figura 5 mostra uno schema di un modulo che genera quattro tensioni: + 5 V (A) e -5 V - per alimentare i componenti analogici del dispositivo; +5 V (D) - per i suoi nodi digitali; tensione pulsante (non filtrata) +12 V - per indicatori. Le tensioni dai corrispondenti avvolgimenti del trasformatore T1, dopo il raddrizzamento tramite ponti di diodi VD1 - VD4, vengono fornite (ad eccezione della tensione +12 V) ai condensatori di filtro C1-C3 e agli stabilizzatori integrati DA1-DA3. Il modulo dispone di tre terminali di filo comuni: Comune. (A) - “analogico”; Generale (C) - “digitale”; Generale (I) - per gli indicatori. Sono collegati tra loro solo in un punto sulla scheda del modulo di potenza e in tutti gli altri moduli non sono collegati elettricamente. Ciò è necessario per ridurre il livello di interferenza creato dai componenti digitali del modulo controller da parte di quelli analogici.
Trasformatore T1 - TP112-19 con nucleo magnetico ad anello, sul quale, oltre agli avvolgimenti I-III esistenti, ne sono avvolti altri due: IV (80 giri di filo PEV-2 0,2 mm) e V (120 giri di filo PEV- 2 fili 0,5 mm). È possibile utilizzare qualsiasi altro trasformatore con potenza complessiva di almeno 15 W con il numero di avvolgimenti secondari richiesti (I-IV - 7...9 V/0,05 A; V - 12...15V/0.5A). La tensione della batteria galvanica di riserva GB1 tramite l'interruttore SA1 e il diodo VD6 viene fornita all'uscita +5 V (C) se non c'è tensione corrispondente all'uscita dello stabilizzatore DA3. Ciò supporta il funzionamento del controller quando il dispositivo è disconnesso dalla rete, necessario non solo per la protezione contro i guasti in caso di guasto della rete, ma anche, ad esempio, per spostare il dispositivo da una stanza all'altra. La batteria GB1 è composta da tre celle galvaniche di dimensioni AA collegate in serie. Nella maggior parte dei casi, la corrente consumata dalla batteria è trascurabile, quindi è meglio utilizzare celle con elettrolita alcalino, caratterizzate da un'autoscarica minima e dalla massima durata di conservazione consentita. I più affidabili sono gli elementi "di marca" di noti produttori. Possono durare diversi anni senza essere sostituiti e le imitazioni economiche a volte diventano inutilizzabili dopo poche settimane. L'interruttore SA1 collega il circuito di controllo della tensione della batteria GB1 al filo comune in assenza di quest'ultimo. Ciò elimina le false letture dell'indicatore. La scheda a circuiti stampati del modulo di potenza è unilaterale con diversi ponticelli. Dimensioni della tavola: 120x100 mm. Gli stabilizzatori integrati DA1 e DA3 possono essere sostituiti con qualsiasi domestico o importato per una tensione positiva di 5 V (KR1158EN5, 78L05, LM2931AZ-5.0), DA2 - per la stessa tensione negativa (79L05, LM2990T-5.0). Condensatori all'ossido - K50-35 o loro analoghi importati. Diodi VD5, VD6: tutti quelli a bassa potenza. Se possibile, installa qui i diodi Schottky o al germanio. È vero, la corrente inversa piuttosto elevata di quest'ultima può influire negativamente sulla durata della batteria GB1. PROGRAMMA MICROCONTROLLO Il testo sorgente del programma è scritto in assembler AVR. Il contenuto del file esadecimale ottenuto come risultato della traduzione del programma è riportato nella Tabella. 1. È questo che deve essere caricato nella memoria del programma del microcontrollore DD2.
Dopo aver acceso l'alimentazione, il programma inizia con l'inizializzazione del microcontrollore, impostando le modalità operative di timer, sistemi di interruzione, porte I/O, UART, nonché scrivendo i valori iniziali delle variabili nei registri e nelle celle di memoria. Successivamente inizia un ciclo infinito in attesa della ricezione dei comandi tramite l'interfaccia seriale. Il tempo viene conteggiato in base alle interruzioni ogni secondo dal timer 1. In base alle interruzioni del timer 0, viene eseguita la procedura per controllare dinamicamente l'output delle informazioni sugli indicatori LED e vengono letti i risultati dell'operazione ADC. Il periodo di interruzione del timer è 0 - 0,5 ms, quindi le informazioni in tutte e dieci le cifre dell'indicatore vengono aggiornate ogni 5 ms. Il successivo campione ADC si ottiene elaborando ogni 32° interruzione dal timer 0. I 1024 campioni di uno dei parametri (temperatura, pressione o tensione) ottenuti in 64 ms vengono sommati, quindi la somma viene divisa per 64 e la media risultante il valore viene memorizzato nella RAM per ulteriori calcoli. Per i successivi 1024 ms, l'ADC misura un altro parametro. Pertanto, un ciclo completo di polling del sensore richiede poco più di 3 s. Successivamente, il microcontrollore esegue le procedure per il calcolo dei valori fisici delle quantità misurate e le prepara per l'output sull'indicatore. Il microcontrollore calcola il numero X visualizzato sull'indicatore utilizzando la formula X=K(NZ), e i coefficienti K e Z nel calcolo della temperatura e della pressione sono diversi. I loro valori sono "cablati" nel codice del programma e vengono trasferiti da trasferirlo nella RAM durante l'inizializzazione. Se necessario, i coefficienti possono essere “adattati” alle effettive caratteristiche dei sensori utilizzando un computer collegato al dispositivo. I nuovi valori sono validi fino allo spegnimento del microcontrollore; non vengono archiviati nella memoria non volatile. Il microcontrollore monitora le condizioni della batteria, confrontando il risultato della misurazione della sua tensione con due soglie integrate nel programma. Quando la tensione della batteria è superiore a 3,3 V, i livelli sulle uscite PB5 e PC7 del microcontrollore sono tali che il colore del LED HL2 (vedi Fig. 4) è verde. Se la tensione della batteria è compresa tra 1,25 e 3,3 V, la polarità della tensione applicata al LED e il colore della sua luce cambiano ogni secondo. Quando la tensione scende sotto 1,25 V, il LED è costantemente rosso. I valori limite indicati sono approssimativi poiché dipendono ad esempio dalla tensione di alimentazione +5 V (A). Le modalità di consumo energetico ridotto fornite nel microcontrollore AT90LS8535 (Inattività, Spegnimento e Risparmio energetico) non vengono utilizzate dal programma anche quando funziona con una batteria di backup. La sua energia è già sufficiente ad alimentare orologi scollegati per diversi giorni. È prevista la ricezione tramite l'interfaccia RS-232 e l'esecuzione dei sei comandi riportati nella tabella. 2.
Il computer, alla porta COM a cui è collegato il dispositivo con un cavo null modem, invia comandi trasmettendo da uno a tre byte indicati nella tabella e riceve risposte nella modalità: tasso di cambio - 9600 Baud, numero di bit di dati - 8, numero di bit di stop - 1, parità disabilitata. Nella tabella 3 mostra gli indirizzi in cui sono memorizzate varie variabili e parametri nella RAM del microcontrollore. Vengono forniti solo i byte bassi degli indirizzi che sono indicati nei comandi secondo la tabella. 2. Il byte più significativo 01H è implicito.
PROGRAMMA PER COMPUTER ESTERNO Il programma Lclock, progettato per controllare l'orologio e calibrare il termometro e il barometro, è stato preparato utilizzando il pacchetto Delphi versione 3.0, un sistema di sviluppo di applicazioni Windows di Borland. Per accedere alle porte COM del computer è stata utilizzata una libreria di funzioni corrispondenti di SaxSoft (file comm.fnc). Il connettore della porta COM1 (per impostazione predefinita, il menu del programma Lclock consente di utilizzare, se necessario, la porta COM2) è collegato con un cavo null modem al corrispondente connettore dell'orologio. La finestra principale del programma è mostrata in Fig. 6. Ogni 3 s legge i valori attuali di tempo, temperatura, pressione dalla memoria del regolatore dell'orologio, visualizzando valori che duplicano le letture degli indicatori LED nelle finestre dello schermo corrispondenti. Inoltre, il programma legge e visualizza la tensione della batteria di backup.
Quando la modalità "Record-On" è abilitata, i dati ricevuti vengono automaticamente salvati nel file su disco sclock.ini. Possono essere utilizzati per calcolare i valori medi di temperatura e pressione in un determinato periodo, tracciare grafici dei loro cambiamenti e altre operazioni simili. Per impostazione predefinita, la modalità è impostata su "Record-Off" e la registrazione non viene eseguita. Se al momento della registrazione il programma rileva che il file sclock.ini esiste già, aggiunge nuovi dati a quelli esistenti, altrimenti crea un nuovo file con lo stesso nome. Il programma Lclock legge e visualizza anche i valori di tutti i coefficienti utilizzati dal microcontrollore durante il calcolo dei coefficienti. Possono essere modificati manualmente specificando i valori richiesti nelle apposite finestre, oppure automaticamente eseguendo una delle procedure di calibrazione (“Calc Automatico”). È anche possibile impostare l'ora corrente (“Imposta ora”) e regolare il fattore di divisione della frequenza del generatore di orologio del microcontrollore (“Imposta velocità”) per regolare la frequenza dell'orologio. Per impostare l'ora esatta è sufficiente impostare nuovi valori per minuti e ore nelle finestre corrispondenti oppure cliccare il pulsante “Imposta da computer”. In quest'ultimo caso verranno impostate le letture corrispondenti all'ora di sistema del computer. a sua volta, può essere impostato con precisione via Internet utilizzando orologi atomici (vedi., ad esempio, [4]). I pulsanti "Reset sec" e "Set sec=59" servono per la sincronizzazione precisa dell'orologio. Impostano il valore dei secondi, che non viene visualizzato sugli indicatori e sullo schermo, rispettivamente su 0 o 59. TARATURA TERMOMETRO E BAROMETRO I valori degli errori di misurazione indicati all’inizio dell’articolo caratterizzano le potenziali capacità dell’hardware del dispositivo. Gli errori effettivi nelle misurazioni di temperatura e pressione dipendono in gran parte dall'accuratezza e dalla precisione della calibrazione. Nel processo di esecuzione di questa operazione, i valori esatti dei coefficienti utilizzati per convertire i numeri adimensionali letti dai registri ADC nei valori delle quantità fisiche nelle unità corrispondenti vengono determinati e scritti nella memoria del dispositivo. Per ciascuna delle grandezze - temperatura T e pressione P - sono richiesti due parametri: spostamento dello zero (ZT, ZP) e pendenza (Kt, KR) delle caratteristiche. Come è noto, il microcontrollore esegue operazioni aritmetiche solo su numeri interi e i parametri Kt, KR, di regola, sono frazionari. Pertanto, il programma funziona effettivamente con i loro valori moltiplicati per 1024. Sono memorizzati nelle celle RAM del microcontrollore e visualizzati nelle finestre del programma Lclock. Il risultato finale del calcolo della temperatura o della pressione si ottiene scalando, dividendo il risultato preliminare per 1024 Per calcolare i parametri sono sufficienti due punti di calibrazione. Più si trovano ai margini dell’intervallo di temperatura o pressione più comunemente utilizzato, meglio è. Per calibrare, ad esempio, un termometro, è necessario conoscere le sue letture prima della calibrazione (T1, T2) e le letture del termometro di riferimento (T01, T02) in punti selezionati. Successivamente si calcolano i nuovi valori di Kt e Zt utilizzando le formule (Who e Zto sono i vecchi valori dei parametri):
Un termometro per acquari a mercurio, che può essere acquistato presso un negozio di animali, è più adatto come riferimento per la calibrazione. L'errore dei termometri ad alcol domestici è troppo grande. Dopo aver avviato il programma Lclock, il sensore di temperatura e il termometro di riferimento vengono immersi in acqua calda (deve essere mescolato continuamente). Dopo averli tenuti lì per almeno 5 minuti per stabilizzare le letture, premere il pulsante “Temperature-Automatic Calc-Calc&Set” nella finestra del programma corrispondente, inserire il valore letto dalla scala del termometro di riferimento nella finestra “Primo Punto” e premere il tasto Invio. In questo momento, il programma registrerà automaticamente le letture del sensore di temperatura. Trasferire il sensore e il termometro in acqua fredda con una temperatura diversa dalla precedente di 20 gradi Celsius o più. Dopo aver stabilizzato le letture e averle inserite nella finestra “Secondo punto”, i nuovi valori dei coefficienti Kt e ZT verranno calcolati e scritti nella RAM del dispositivo. Il barometro è calibrato in modo simile. Le formule per il calcolo di KP e ZP sono simili a quelle sopra riportate per Kt e ZT. Naturalmente, i valori di temperatura T in essi contenuti sono sostituiti dai valori di pressione P. Tuttavia, la calibrazione è complicata dal fatto che gli strumenti per misurare con precisione la pressione atmosferica sono disponibili solo in laboratori professionalmente attrezzati. Pertanto, dobbiamo utilizzare i dati Internet come riferimento (ad esempio, , , ), servizi meteorologici radiotelevisivi. Sfortunatamente, sono imprecisi e vengono corretti troppo tardi. Pertanto, senza limitarsi alle informazioni di alcun servizio, è necessario esaminare i messaggi di diversi, scartando errori evidenti e calcolando la media dei valori plausibili. Prima di eseguire il programma Lclock per calibrare il barometro, attendere che la pressione sia sufficientemente bassa o, al contrario, alta (i valori estremi nella regione di Mosca sono 720 e 770 mm Hg). Immettere la pressione effettiva nella finestra "Primo punto" premendo prima il pulsante "Calcolo automatico pressione-Calc&Imposta". Questo valore verrà scritto su un file su disco insieme alle letture del sensore di pressione. Ora puoi chiudere il programma e spegnere il computer prima che la pressione atmosferica si avvicini al valore estremo opposto. Quando si riavvia il programma Lclock, premere nuovamente il pulsante "Pressure-Automatic Calc-Calc&Set" e inserire il valore della pressione effettiva nella finestra "Secondo punto". Successivamente, i parametri corretti KR e ZP verranno automaticamente calcolati e scritti nella RAM del dispositivo e il programma leggerà i dati relativi al primo punto di calibrazione dal file. Il controller dell'orologio memorizza i risultati della calibrazione nella RAM, quindi se la tensione di alimentazione viene completamente scollegata (ad esempio durante la sostituzione o il malfunzionamento della batteria di backup), andranno persi. Per evitare ciò, si consiglia dopo la calibrazione di fare clic sul pulsante "Salva come valori predefiniti" e i valori dei coefficienti impostati (così come il coefficiente di divisione della frequenza del quarzo) verranno memorizzati nel file del disco. Per ripristinare i valori persi, è sufficiente cliccare sul pulsante “Set default coeff.”, sarà sufficiente annotare su carta i valori rilevati e, se necessario, inserirli nelle apposite finestre. Se non è prevista la sostituzione dei sensori durante il funzionamento, è possibile forzare il controller ad accettare i risultati della calibrazione dei parametri predefiniti una volta eseguita. Il modo più corretto per farlo è modificare le costanti corrispondenti nel codice assembly del programma, compilarlo e riprogrammare il microcontrollore. Senza interferire con il testo sorgente, la stessa operazione può essere eseguita semplicemente modificando alcuni byte direttamente nel file esadecimale (vedi Tabella 1). Nella fig. 7 mostra come sono scritti in esso i valori dei parametri KR, ZP, Kt, ZT. Qui è annotato anche il fattore di divisione della frequenza di clock del microcontrollore necessario per un funzionamento accurato dell'orologio. Il suo valore dovrebbe essere numericamente pari a 1/64 della frequenza di clock del microcontrollore DD2 in hertz. In pratica lo scostamento di questa frequenza dal valore nominale indicato sul risuonatore al quarzo ZQ1 (4096 kHz) può raggiungere centinaia di hertz.
In ogni riga modificata del file esadecimale è necessario correggere l'ultimo byte: il checksum. Nella fig. 7 questi byte sono sottolineati. Sommando aritmeticamente i valori di tutti i byte della stringa tranne gli ultimi, sottrai la loro somma dalla potenza di 2 più vicina. Il byte basso della differenza risultante sarà il nuovo checksum. Letteratura
Autore: Yu.Revich, Mosca
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