Barógrafo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición

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El dispositivo está diseñado para registrar los cambios en la presión atmosférica durante el vuelo de un aeromodelo. Está construido sobre un microcontrolador de la familia MCS-51 y un chip de memoria no volátil. La conversión de analógico a digital se implementa en software. La información registrada se puede transferir a una computadora y usarse, por ejemplo, para trazar una altitud de vuelo.

Realizar mediciones es quizás la "profesión" más común de los microcontroladores. En este caso, el voltaje proporcional al parámetro medido se convierte preliminarmente en un equivalente digital: un código binario de varios bits. Al finalizar esta operación, el microcontrolador recibe una señal del convertidor analógico a digital (ADC) de que está listo para transmitirle el resultado en paralelo o en serie.

Arroz. 1 (clic para agrandar)

Sin embargo, esta solución no siempre está justificada, ya que la necesidad de utilizar un ADC como un chip separado o incluso integrado en un microcontrolador aumenta inevitablemente el coste del dispositivo y, a veces, su consumo de energía. En segundo lugar, agregar un chip ADC al diseño complica el dispositivo y reduce su confiabilidad, ya que es necesario organizar muchas conexiones eléctricas entre él y el microcontrolador.

Pero a menudo, especialmente con bajos requisitos de velocidad de conversión de analógico a digital, se puede implementar utilizando un programa simple para un microcontrolador económico que no tiene un ADC incorporado.

El barógrafo, cuyo diagrama se muestra en la figura, utiliza el todavía popular microcontrolador AT89C2051 (DD1) sin ADC incorporado, que en términos de arquitectura y conjunto de comandos pertenece a la familia MCS-51. Sensor de presión atmosférica - MPX4115A (B1). El voltaje de salida del sensor, amplificado por el amplificador operacional DA1.1, es proporcional a la presión medida y se aplica a una de las entradas del comparador de voltaje integrado en el microcontrolador. Su otra entrada recibe un voltaje que aumenta linealmente generado en el condensador C5 cuando se carga con una fuente de corriente estable en el diodo zener VD1 y el transistor VT2. La desviación de la ley de cambio de este voltaje respecto del lineal no supera el ±0,3%.

El resultado de la conversión es el número de pulsos recibidos en su entrada, calculado por el temporizador-contador interno del microcontrolador desde el momento en que el voltaje en el capacitor comienza a aumentar hasta el momento en que es igual al voltaje amplificado del sensor, registrado por el comparador. Después de esto, el microcontrolador genera un pulso en la salida P1.4 que abre el transistor VT1. El condensador C5 se descarga a través de la resistencia R10 y un transistor abierto, después de lo cual se repite el ciclo de medición.

El temporizador funciona en Modo 0, es de ocho bits, su entrada de conteo recibe pulsos con la frecuencia del oscilador de cuarzo del microcontrolador, dividida por 12, que han pasado un divisor preliminar de cinco bits. A la frecuencia del resonador de cuarzo ZQ1 Fkv=11,059 MHz, la frecuencia de los pulsos de conteo es igual a

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

Dado que el registro TNO del microcontrolador almacena el estado del divisor preliminar al final del conteo, el ancho total de bits del resultado de la conversión alcanza 13.

Si el barógrafo se enciende con el botón SB1 presionado, los resultados de la conversión se almacenan en el chip de memoria no volátil 24LC02B (DS1) conectado al microcontrolador a través de la interfaz I2C. Si al momento de encender no se presionó el botón SB1, toda la información previamente registrada en la memoria no volátil se envía byte a byte a través del conector XS1 a la entrada RXD del puerto COM de la computadora. Cualquier programa de terminal que se ejecute en la computadora puede aceptarlo.

El generador de la señal de salida correspondiente al estándar RS-232 es el amplificador operacional DA1.2, conectado como comparador. Aunque la versión del programa de microcontrolador que se ofrece a los lectores no permite recibir información de una computadora, el convertidor de nivel necesario para esto está disponible en el barógrafo. Está ensamblado sobre un transistor VT3.

El conector XS1 debe conectarse al conector del puerto COM del ordenador directamente o mediante un cable “módem” (sin conexiones cruzadas). En la mayoría de los casos, basta con tener solo dos cables en el cable: los circuitos RXD y SG. Para que el barógrafo reciba la información transmitida por la computadora, necesitará otro, TXD. Los cinco cables y puentes restantes entre los contactos del conector XS1 son necesarios solo para el correcto funcionamiento de los programas informáticos que generan señales de control DTR y RTS y analizan el estado de las entradas DCD, DSR y CTS. En el programa del microcontrolador, la velocidad de funcionamiento de su puerto serie está configurada en 9600 baudios.

El barógrafo funciona con dos baterías galvánicas de 9 V (por ejemplo, Krona). Al desarrollar el programa, en el sitio web de la empresa Atmel se utilizaron ejemplos de implementación de la comunicación a través de la interfaz I2C del microcontrolador AT89C2051 con un chip de memoria.

Autor: K.Dunaev

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