ЧАСЫ С ТЕРМОМЕТРОМ И БАРОМЕТРОМ

На светодиодном индикаторе прибора можно наблюдать текущие значения времени в форма е ЧЧ.ММ; температуры в месте установки выносного датчика, °С; атмосферного давления, мм рт. ст. Предусмотрена трехуровневая ('нормально — внимание — разряжена") индикация состояния батареи резервного питания. Температуру в интервале -50...+50 °С прибор измеряет с погрешностью 0,1...0,2 °С. Интервал измерения давления — 700 ..800 мм рт. ст при погрешности 1...2 мм рт. ст.

Конструктивно устройство состоит из трех модулей (плат) — контроллера, индикации и питания, помещенных в корпус размерами 210x160x80 мм с прозрачным окном для индикаторов, и выносного датчика температуры, соединяемого с основным блоком трехпроводным кабелем длиной до 20 м. Датчик атмосферного давления находится внутри корпуса.

Выбор микроконтроллера AT90LS8535 фирмы Atmel был обусловлен следующими обстоятельствами:

• последовательный интерфейс ISP (Interface for Serial Programming) позволяет программировать микроконтроллер "прямо на плате", что значительно упрощает отладку. Программатор, подключаемый к портам СОМ или LPT компьютера, несложно изготовить самостоятельно [1, 2] или приобрести готовый за сравнительно небольшую цену;
• благодаря встроенному многоканальному 10-разрядному АЦП отпадает необходимость в большом числе внешних компонентов;
• более низкий предел допустимого напряжения питания (2,7 В против 4 у "высоковольтного" AT89S8535) значительно увеличивает срок годности батареи резервного питания прибора.

Микроконтроллер AT90LS8535 можно заменить на более современный ATmega8535L или распространенные АТmеgа10З, АТМеgа603 той же фирмы, не изменяя программу. Однако две последние микросхемы значительно дороже и выпускают их только в пленарном 64-выводном корпусе, что потребует существенного усложнения печатной платы.

МОДУЛЬ КОНТРОЛЛЕРА

В модуле контроллера, схема которого показана на рис. 1, расположены основные узлы прибора: микроконтроллер DD2; преобраэоватвль сигналов UART микроконтроллера в стандартные уровни интерфейса RS-232 (микросхема DD1); узел преобразования сопротивления датчика температуры RK1 в напряжение (микросхемы DAI, DA2, транзисторы VT1, VT2); датчик давления (ВР1); ключи управления светодиодными индикаторами (транзисторы VT3—VT30); вилки интерфейса RS-232 (ХР1), программирования микроконтроллера (ХР2) и для подключения индикаторов (ХРЗ).

Увеличить

Под управлением микроконтроллера DD2 ключи на транзисторах VT3—VT12, VT21 —VT30 поочередно подключают к источнику питания цепи общих анодов десяти семисегментных индикаторов, их катоды коммутируют транзисторы VT13— VT19. Транзистор VT30 управляет парой светодиодов, расположенных между разрядами часов и минут индикатора. С вывода 29 (РС7) микроконтроллера поступает сигнал на светодиод знака "минус" температуры, а с выводов 6 (РВ5) и 7 (РВ6) — на двухцветный светодиод, показывающий состояние батареи резервного питания. Все упомянутые выше индикаторы находятся вне модуля контроллера. Так как выводы 6, 7 микросхемы DD2 используются и для ее программирования эту операцию желательно проводить, отключив от вилки ХРЗ шлейф, связывающий модули контроллера и индикации.

Напряжения, пропорциональные измеряемым величинам поступают на три вывода микроконтроллера DD2, запрограммированные как входы трех из восьми имеющихся каналов встроенного АЦП Вывод 40 (PA0/ADC0) температура, 39 (PA1/ADC1) — давление, 38 (PA2/ADC2) — напряжение батареи. Образцовым для АЦП служит поданное на вывод 32 (AREF) микроконтроллера наряжение +5 В А , что значительно снижает требования к стабильности последнего. Дело в том, что выходное напряжение датчиков температуры и давления пропорционально не только измеряемым параметрам, но и напряжению питания. Изменение вместе с ним образцового напряжения устраняет эту зависимость в выходном коде АЦП. Хотя отклонения образцового напряжения от номинала вносят дополнительную погрешность в результат измерения напряжения батареи, в данном случае это не так уж важно.

Терморезистором RK1 — датчиком температуры — служит обмотка реле РЭС60 (паспорт РС4.569. 435-00) сопротивлением 1900+120/-380 Ом при 20 °С. Здесь можно применить и другие медные обмотки приблизительно такого же сопротивления, в том числе обмотки реле РЭС49 (паспорт РС4.569.421-00), РЭС79 исполнений ДЛТ4.555.011. ДЛТ4.555.011-05.

Сопротивление медного провода обмотки линейно зависит от температуры и достаточно стабильно во времени. Если его величина известна при температуре Т0 (например, при 20 °С), то при температуре Т сопротивление станет равным

Конструктивное оформление датчика может быть подобным показанному на рис. 2. К выводам А и Б реле 1 припаивают многожильные изолированные соединительные провода 4 (например, МГТФ), пропустив их сквозь трубку-держатель 2 залитую эпоксидной смолой 3. Чтобы предотвратить вы екание жид кои смолы, места неплотного прилегания трубки 2 к реле 1 герметизируют, например, пластилином, который после полимеризации смолы легко удалить.

Перед заливкой необходимо надеть на свитый жгут проводов гибкую полихлорвиниловую трубку 5. Она защитит не только от неблагоприятных атмосферных воздействий, но и от обрывов проводов при частых перегибах, особенно в месте выхода из трубки 2. Изгибать выводы реле или обрезать неиспользуемые не следует. Этим можно повредить их стеклянные изоляторы, и проникшая внутрь герметичного корпуса реле влага вызовет коррозию, а со временем — обрыв сверхтонкого провода обмотки.

На ОУ DA1.1, DA1.2 и полевых транзисторах VT1, VT2 собраны два стабилизатора тока 1 мА. Их идентичность обеспечена подачей образцового напряжения от общего делителя R1R2 и равенством сопротивлений резисторов обратной связи R3 и R4. Ток верхнего по схеме стабилизатора течет через датчик RK1 и два соединительных провода, подключенных к контактам 1 и 3 разъема Х1, ток нижнего — через образцовое сопротивление (резистор R5) и также два провода, подключенных к контактам 2 и 3. Так как результатом измерения служит разность напряжений на истоках транзисторов VT1 и VT2 равные падения напряжения на проводах и контактах разъема при вычитании взаимно уничтожаются.

Номинал резистора R5 немного меньше сопротивления датчика RK1 при минимальной измеряемой температуре, поэтому ей соответствует почти нулевой выходной сигнал преобразователя. Если использован датчик с заметно отличающимся от 1850 Ом сопротивлением при комнатной температуре необходимо по приведенной выше формуле вычислить его сопротивление при температуре нижней границы интервала измерения (например, -50 °С) и взять в качестве номинала R5 ближайшее меньшее значение из ряда Е24 По этому ряду выпускают резисторы с допустимым отклонением не болев ±5 %, однако применять нужно прецизионный, например, С2-29В с допуском +1 % и менее, только такой резистор обеспечит минимальное влияние изменений температуры в месте установки прибора на его показания.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 4 номер 2003 год