Barografo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione

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Il dispositivo è progettato per registrare le variazioni della pressione atmosferica durante il volo di un aeromodello. È costruito su un microcontrollore della famiglia MCS-51 e un chip di memoria non volatile. La conversione da analogico a digitale è implementata nel software. Le informazioni registrate possono essere trasferite ad un computer e utilizzate, ad esempio, per tracciare l'altitudine di volo.

Eseguire misurazioni è forse il "professione" più comune dei microcontrollori. In questo caso, la tensione proporzionale al parametro misurato viene prima convertita in un equivalente digitale: un codice binario multi-bit. Al termine di questa operazione, il microcontrollore riceve dal convertitore analogico-digitale (ADC) un segnale di disponibilità a trasferirgli il risultato in forma parallela o seriale.

Riso. 1 (clicca per ingrandire)

Tuttavia, tale soluzione non è sempre giustificata, poiché la necessità di utilizzare l'ADC come microcircuito separato o addirittura integrato nel microcontrollore aumenta inevitabilmente il costo del dispositivo e talvolta il suo consumo energetico. In secondo luogo, l'aggiunta di un ADC alla progettazione del microcircuito complica il dispositivo e ne riduce l'affidabilità, poiché è necessario organizzare molte connessioni elettriche tra esso e il microcontrollore.

Ma spesso, soprattutto con bassi requisiti di velocità di conversione da analogico a digitale, può essere implementato utilizzando un semplice programma per un microcontrollore economico che non dispone di ADC integrato.

Il barografo, il cui circuito è mostrato in figura, utilizza l'ancora popolare microcontrollore AT89C2051 (DD1) senza ADC integrato, appartenente alla famiglia MCS-51 in termini di architettura e set di istruzioni. Sensore di pressione atmosferica - MPX4115A (B1). Proporzionalmente alla pressione misurata, la tensione di uscita del sensore, amplificata dall'amplificatore operazionale DA1.1, viene alimentata a uno degli ingressi del comparatore di tensione integrato nel microcontrollore. Al suo altro ingresso viene fornita una tensione crescente linearmente, che si forma sul condensatore C5 quando viene caricato con una corrente sorgente stabile sul diodo zener VD1 e sul transistor VT2. La deviazione della legge di variazione di questa tensione da quella lineare non supera ±0,3%.

Il risultato della conversione è il numero di impulsi conteggiati dal timer-contatore interno del microcontrollore, ricevuti al suo ingresso dal momento in cui la tensione sul condensatore inizia a salire fino al momento in cui è uguale alla tensione del sensore amplificato registrato dal comparatore. Successivamente, il microcontrollore genera un impulso sull'uscita P1.4, che apre il transistor VT1. Il condensatore C5 viene scaricato attraverso il resistore R10 e un transistor aperto, dopodiché il ciclo di misurazione viene ripetuto.

Il timer funziona in modalità 0, è a otto bit, il suo ingresso di conteggio riceve impulsi con la frequenza dell'oscillatore a cristallo del microcontrollore divisa per 12, che hanno superato un divisore preliminare a cinque bit. Alla frequenza del risonatore al quarzo ZQ1 Fkv = 11,059 MHz, la frequenza degli impulsi di conteggio è pari a

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

Poiché lo stato del prescaler alla fine del conteggio è memorizzato nel registro TNO del microcontrollore, la lunghezza totale in bit del risultato della conversione raggiunge 13.

Se il barografo viene acceso con il pulsante SB1 premuto, i risultati della conversione vengono memorizzati nel chip di memoria non volatile 24LC02B (DS1) collegato al microcontrollore tramite l'interfaccia I2C. Se al momento dell'accensione non è stato premuto il pulsante SB1, tutte le informazioni precedentemente registrate nella memoria non volatile vengono inviate byte per byte attraverso il connettore XS1 all'ingresso RXD della porta COM del computer. Qualsiasi programma terminale in esecuzione sul computer può accettarlo.

Lo shaper del segnale di uscita corrispondente allo standard RS-232 è l'amplificatore operazionale DA1.2, incluso come comparatore. Sebbene la versione del programma del microcontrollore offerta ai lettori non preveda la ricezione di informazioni da un computer, nel barografo è disponibile il convertitore di livello necessario a questo scopo. È assemblato su un transistor VT3.

Il connettore XS1 deve essere collegato al connettore della porta COM del computer direttamente oppure utilizzando un cavo "modem" (senza crossover). Nella maggior parte dei casi, è sufficiente avere solo due fili nel cavo: i circuiti RXD e SG. Per organizzare la ricezione delle informazioni trasmesse dal computer dal barografo, sarà necessario un altro, TXD. I restanti cinque fili e i ponticelli tra i contatti del connettore XS1 sono necessari solo per il corretto funzionamento dei programmi per computer che generano i segnali di controllo DTR e RTS e analizzano lo stato degli ingressi DCD, DSR e CTS. Nel programma del microcontrollore, la velocità della porta seriale è impostata su 9600 baud.

Il barografo è alimentato da due batterie galvaniche con una tensione di 9 V (ad esempio "Krona"). Durante lo sviluppo del programma, sul sito Web Atmel sono stati utilizzati esempi di implementazione della comunicazione tramite l'interfaccia I2C del microcontrollore AT89C2051 con un chip di memoria.

Autore: K. Dunaev

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