8-900-374-94-44
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ
Учебное пособие
Набережные Челны
2012
УДК
Исрафилов И.Х., Галиакбаров А.Т., Лобачева Е.Ф., Рахимов Р.Р. Измерение температуры и давления: Учебное пособие. – Набережные Челны: ИНЭКА, 2012. — 40 с.
Учебное пособие предназначено в помощь студентам при подготовке и выполнении лабораторных работ по исследованию термометров и манометров.
Ил.: 24. Библиогр. 7 назв.
Рецензент к.т.н. доцент Галимянов И.Д.
Печатается в соответствии с решением научно-методического совета ИНЭКА
Измерение представляет собой процесс нахождения значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств. В процессе измерения происходит сравнение измеряемой величины с физической, которой присвоено числовое значение, равное единице, и которое называется
Температура является одним из важнейших параметров, определяющих состояние тела. Для измерения температуры может быть использовано любое свойство твердого, жидкого и газообразного вещества, изменяющегося с температурой: изменения физического или химического состояния, размеров, электрических свойств, изменение энергетической яркости излучения и т.п. Приборы, с помощью которых можно измерить температуру посредством контакта с исследуемой средой, называются термометрами. В качестве термометра может быть использован прибор, основанный на точном, легко воспроизводимом изменении свойств вещества в зависимости от изменения температуры. Независимо от того, какое свойство вещества используется при измерении температуры, термометры должны быть отградуированы в соответствии с единой, твердо установленной температурной шкалой.
В настоящее время применяется международная практическая температурная шкала (МПТШ-68) редакции 1968 года, в которой единицей измерения является градус Кельвина (К), градус Цельсия (0С). Эта шкала основана на определенных воспроизводимых постоянных (реперных) точках, значение температур которых может быть определено современными средствами измерения с заданной точностью. МПТШ-68 основана на значениях температур 11 точек, соответствующих состоянию равновесия между фазами чистых веществ (например, тройная точка водорода, тройная точка воды, точка кипения воды, точка затвердевания цинка и др.).
Термодинамическая шкала, предложенная Кельвином (Т, К) в 1948 году, не зависит от термометрических свойств веществ. В основу построения термодинамической шкалы Кельвина заложен идеальный цикл Карно, в котором полученная работа зависит только от температур начала и конца процесса и не зависит от природы рабочего тела. Для практического измерения температуры эта шкала оказалась неудобной ввиду того, что нужно было измерять количество теплоты либо используя термометры, заполненные различными реальными веществами, либо вводить поправки для каждого значения температуры. Шкала Кельвина начинается с абсолютного нуля, причем единица 1 Кельвина (1 К) определена как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.
По шкале Цельсия (t,С) за нулевую точку принята температура таяния льда (0С). Нулевая точка шкалы лежит на 273,15 К выше точки абсолютного нуля и на 0,01 К ниже тройной точки воды. Единица – градус Цельсия (С) равна по величине Кельвину (К). Связь между температурами по шкалам Кельвина и Цельсия выражается формулой:
Т(К)=t(0C)+ 273,15…
В ряде зарубежных стран до сих пор используют шкалу Ранкина (R) и шкалу Фаренгейта (F). Пересчет числовых значений производят по следующим соотношениям:
t (С) = 5/9 t (F) – 32 …
Т (К) = 5/9 t (R) …
В зависимости от диапазона измерения температур наибольшее распространение в различных отраслях науки и промышленности нашли средства измерения, приведенные на рис.1.1. Более подробно остановимся на следующих средствах измерения температуры:
— термометры расширения (в т.ч. манометрические),
-термометры сопротивления (терморезисторы),
— термоэлектрические термометры (термопары),
— оптические пирометры.
Рис.1.1
Область применения наиболее
распространенных типов термометров:
а – механических контактных; б – особых типов механических контактных; в – электрических контактных; г – особых типов электрических контактных;
д – пирометров
Термометры расширения
Термометры широко применяют на практике. Почти все они основаны на тепловом расширении тел, точнее, на различном расширении разных тел. Эти тела могут быть твердыми, жидкими и газообразными. В зависимости от этого различают стеклянные жидкостные термометры и манометрические термометры.
studfiles.net
В предыдущей статье рассказывалось о датчике фирмы Bosh — BMP180. Я не случайно выложил эту статью, потому, как в этой речь пойдет о приборе, способным измерять атмосферное давление и температуру окружающей среды и имеющем в своем составе, как раз этот датчик.
Вообще с помощью данного датчика можно определять высоту над уровнем моря, но для вычисления этого параметра необходимы еще дополнительные математические расчеты. А так как основой всего устройства является микроконтроллер PIC16F628A, то его объема памяти программ не хватает для дальнейших действий. Можно, правда, еще подумать и оптимизировать алгоритм моей версии программы, но пока у меня к этому нет ни малейшего интереса. И так, как я уже говорил в состав устройства входит датчик BMP180, микроконтроллер PIC16F628A и двухстрочный ЖКИ на основе контроллера HD44780, пять резисторов и конденсатор фильтра напряжения питания С1, на печатной плате этот конденсатор должен располагаться, как можно ближе к выводам 5 и 14 микроконтроллера. Схема прибора показана на рисунке 1.
Схему блока питания не привожу, потому что у радиолюбителей разные возможности. В моем случае устройство питается от зарядного устройства для сотового телефона с дополнительным микросхемным стабилизатором на 5 вольт и конденсатором фильтра. Схема настолько проста, что я думаю, она в комментариях не нуждается. С этой схемой были опробованы все четыре, имеющихся у меня датчика. Данные считывались после 10 минут работы каждого датчика и вот, что получилось:
Датчик 1: давление = 764мм р.т.; Т = 24,3 градуса С.
Датчик 2: давление = 763мм р.т.; Т = 23,9 градуса С.
Датчик 3: давление = 764мм р.т.; Т = 24,2 градуса С.
Датчик 4: давление = 761мм р.т.; Т = 23,5 градуса С.
.
.
Первые три датчика 1,2 и 3 были куплены после того, как вышел из строя один из двух датчиков, купленных ранее. Датчик 4 — это датчик купленный ранее. Не трудно заметить, что его показания занижены относительно показаний новых датчиков. Может это просто случайность, а может у наших партнеров из Китая такой разброс параметров датчиков от одной выпускаемой партии к другой партии. Но, как бы, то, ни было, за такую цену для бытового пользования эти датчики вполне подходят. Печатной платы я не разрабатывал, так, что если у кого ни будь, возникнет желание повторить данное устройство, нарисовать печатную плату и поделиться этим рисунком с другими радиосоздателями, то, пожалуйста, присылайте. Внешний вид данной конструкции с использованием макетной платы показан на фото 1.
Скачать “Скачать файл прошивки” Barometr+T_hex.rar – Загружено 558 раз – 3 KB
Просмотров:4 806
www.kondratev-v.ru
Использование встроенного АЦП
Встроенный АЦП последовательного приближения входит в состав почти всех МК семейства Mega и большинства МК семейства Tiny, кроме простейших младших моделей и увы, знакомого нам Tiny2313. Мы не будем жаться (от батареек термометру-барометру работать не придется, и экономить тут нечего) и выберем ATniega8535 в корпусе с 40 выводами, у которого имеются четыре порта А, В, С и D полностью (каждый по 8 выводов) и некоторая часть выводов задействована только под альтернативные функции.
Сначала несколько общих слов о встроенных АЦП. Во всех моделях AVR общего назначения они многоканальные и 10-разрядные (за некоторым исключением, например, в ATmega8 из 6 каналов только четыре имеют разрешение 10 разрядов, а оставшиеся два— 8, а в новейшем семействе Xmega АЦП имеет 12 разрядов). Многоканальность означает, что имеется только одно ядро преобразователя, которое по желанию программиста может подключаться к одному из входов через аналоговый мультиплексор, наподобие 561КП2, разобранного в главе 15. Если вы, как чаще всего и бывает, задействуете лишь часть входов, то остальные могут использоваться, как обычные порты ввода-вывода.
Точность АЦП номинально составляет ±2 LSB, плюс еще 0,5 LSB за счет нелинейности по всей шкале. То есть фактически такой АЦП с точки зрения абсолютной точности соответствует 8-разрядному. При соблюдении всех условий эту точность, впрочем, можно повысить, правда, условия довольно жесткие и включают в себя как «правильную» разводку выводов АЦП, так и, например, требование остановки цифровых узлов на время измерения, чтобы исключить наводки (специальный режим ADC Noise Reduction, которого мы здесь касаться не будем).
Чтобы не углубляться в детали этого процесса и не усложнять задачу, мы в дальнейшем поступим проще — предпримем ряд мер, чтобы обеспечить стабильность результата, а абсолютную ошибку скомпенсируем за счет калибровки, которая все равно потребуется. Для этой цели погрешности встроенного АЦП нам хватит и без особых ухищрений, важно только, чтобы показания не «дребезжали». Уменьшение дребезга почти до нуля у нас будет достигаться тем, что, во-первых, на входе канала поставим конденсатор для фильтрации неизбежных в совмещенных аналогово-цифровых схемах наводок на внешние цепи (фирменное руководство рекомендует еще последовательно с ним включать индуктивность порядка ЮмкГн, но мы без этого обойдемся). Во-вторых, мы будем измерять несколько раз и усреднять значения отдельных измерений.
АЦП в МК AVR могут использовать три источника опорного напряжения на выбор — внешний, встроенный и напряжение питания аналоговой части. Последний вариант, как самый простой, мы и применим: все равно подгонкой масштабов мы заниматься не будем, а все рассчитаем в цифровом виде. Отметим, что выводы аналогового питания сделаны отдельно от цифрового (хотя в простейших случаях это может быть и одно и то же питание, но мы их также разделим).
Пару слов о самой организации измерений. АЦП последовательного приближения должен управляться определенной тактовой частотой, для чего в его состав входит делитель тактовой частоты самого МК, подобный предделителю у таймеров. Рекомендуется подбирать этот коэффициент деления так, чтобы тактовая частота АЦП укладывалась в промежуток от 50 до 200 кГц. Например, для тактовой частоты МК 4 МГц подойдет коэффициент деления 32, тогда частота АЦП составит 125 кГц. Преобразование может идти в непрерывном режиме (после окончания преобразования сразу начинается следующее), запускаться автоматически по некоторым прерываниям (не для всех типов AVR) или каждый раз запускаться по команде. Мы будем использовать только последний «ручной» режим, так как нам для осреднения результатов тогда удобно точно отсчитывать число преобразований. В таком режиме на одно преобразование уходит 14 тактов, потому для приведенного примера с частотой 125 кГц время преобразования составит приблизительно 9 мс.
По окончании процесса преобразования возникает прерывание АЦП, в обработчике которого результат измерения читается из соответствующих регистров. Так как число 10-разрядное, то оно займет два байта, у которых старшие 6 разрядов равны нулю. Это удобно, так как мы можем без опасений суммировать до 64 (2^) результатов в рамках двухбайтового числа, не привлекая дополнительных регистров, и затем простым сдвигом, как мы обсуждали ранее, вычислять среднее.
Датчики температуры и давления
Аналоговая часть схемы измерения температуры совпадает с примененной в главе 17, за исключением диапазона выходных сигналов, и потому с несколько иными параметрами. Чтобы использовать диапазон встроенного АЦП полностью, здесь надо подавать сигнал от О до 5 В (точнее, до значения опорного напряжения, которое здесь совпадает с аналоговым питанием), причем с отрицательными напряжениями на входе в данном случае АЦП работать «не умеет» (в некоторых моделях AVR есть АЦП с дифференциальным режимом, и даже с предварительными усилителями, но точность при этом значительно снижается). При указанных на схеме (см. рис. 20.4) номиналах резисторов диапазон выходных напряжений всей схемы составит около 4,9 В, то есть мы будем использовать весь диапазон АЦП с некоторым запасом. Резистор R4, который устанавливает нижнюю границу диапазона, нужно выбирать равным не сопротивлению датчика при 0°, как в схеме по рис. 17.9, а равным сопротивлению его при нижней требуемой температуре.
С датчиком атмосферного давления все еще проще — ряд фирм выпускают готовые датчики давления. Мы используем барометрический датчик МРХ4115 фирмы Motorola, питающийся от напряжения 5В и имеющий удобный диапазон выхода примерно от 0,2 до 4,6 В. При этом учтем, что большая абсолютная точность нам не требуется, только стабильность: для небольших высот над уровнем моря можно считать, что при изменении высоты на каждые 10—12 м давление меняется примерно на 1 мм рт. ст. Так что в пределах такого города, как Москва, с естественными перепадами высот до 100 и более метров^, оно само по себе будет «гулять» в пределах как минимум 10 мм рт. ст., даже без учета этажности зданий. И нам все равно целесообразно будет подогнать результат «по месту» так, чтобы не иметь крупных расхождений с прогнозом погоды по телевидению — иначе показания прибора окажутся никому не нужны.
Схема
с учетом всего сказанного схема термометра-барометра будет выглядеть так, как показано на рис. 20.4 (напомним, что ОУ МАХ478 можно заменить, например, на ОР293, см. главу 12). Чтобы не загромождать схему, здесь не показан узел индикации, так как он аналогичен тому, что используется в часах из предыдущего раздела, за исключением того, что должен содержать не четыре, а шесть разрядов (показания в формате «33,3»° и «760» мм рт. ст.). К ним можно добавить постоянно горящие индикаторы, показывающие единицы измерения, подобно тому, как это делалось в главе 77 (рис. 17.9). На рис. 20.5 показан внешний вид табло такого измерителя, где дополнительные индикаторы изготовлены на основе шестнадцатисегментных PSA-05 красного свечения, в то время как основные семисегментные цифры — зеленого свечения. Минус, как и в главе 17, изготовлен из плоского светодиода.
Так как здесь выводов портов хватает, то можно назначить для управления сегментами разряды подряд, для чего выбран порт С (семь его битов из восьми). Тогда для упрощения программы можно применить следующий прием: где-то в программе определяются константы, соответствующие маске сегментов для рисунка цифр (зажженному сегменту соответствует единица, младший бит соответствует сегменту а, далее по порядку):
OUT_N: ;маски цифр
.db ObOOllllll,ObOOOOOllO,ObOlOllOll,ObOlOOllll,ObOllOOllO .db ObOllOllOl,ObOlllllOl,ObOOOOOlll,ObOlllllll,ObOllOllll
Затем в процедуре индикации мы читаем эти константы с помощью инструкции ipm, которая специально предназначена для чтения констант из памяти программ. Инструкция находит их по адресу, в данном случае по метке outn \ (так как адресация в памяти производится байтами, а нумерация команд выполняется словами, то адрес метки приходится умножать на два). После чего выводим в порт С непосредственно маску цифр:
ldi ZH,HIGH{0UT_N*2) ;адрес констант в памяти – в Z ldi ZL,L0W(0UT_N*2)
add ZL,temp ;адрес маски цифры, равной temp
1pm ;в гО – маска
out Porte,гО ;установили сегменты
Маски расположены по порядку цифр от О до 9. Поэтому перед выполнением этой последовательности команд у нас в рабочем регистре temp должно содержаться значение, соответствующее цифре, выводимой в текущем такте индикации. Так мы избавляемся от процедур рисования знаков. Разряды РВО—РВ5 назначаем для управления разрядами индикации, а вывод PD7 — для управления знаком температуры.
Не показан на схеме и программирующий разъем, который одинаков для любой схемы на AVR и показан на рис. 19.2 (соответствующие выводы для ATmega8535 названы на схеме рис. 20.4).
Рис. 20.5. Размещение индикаторов измерителя температуры и давления
То, что вывод MOSI (вывод 6) совпадает с выводом индикации единиц давления, вас смущать уже не должно. Однако незадействованные в других функциях выводы программирования (в данном случае MISO и SLK, выводы 7 и 8) следует не забыть подсоединить к цифровому питанию +5 Вц «подтягивающими» резисторами номиналом от 1 до ЮкОм, как и показано на рис. 19.2.
Рис. 20.6. Схема источника питания для измерителя температуры и давления
Схема источника питания показана на рис. 20.6. Измеритель имеет четыре питания (+5 Вц, +5 Ва, ~5 Ва и +12 В для индикации) и три «земли», причем обычным значком «±» здесь обозначена аналоговая «земля» CNDa. Линия цифровой «земли» обозначена ОМВц, кроме этого, имеется еще общий провод индикаторов GNDh. Все три «земли» соединяются только на плате источника питания. Отмечу, что готовый трансформатор с характеристиками, указанными на схеме, вы можете не найти. Поэтому смело выбирайте тороидальный трансформатор мощностью порядка 10—15 Вт на напряжение вторичной обмотки 10—12 В (которое будет использоваться для индикаторов и стабилизатора +5 Вц), измерьте на нем количество витков на вольт (как описано в главе 9) и домотайте три одинаковых обмотки на 7—8 В, каждая поверх существующих, проводом не тоньше 0,3 мм в диаметре. Удобнее всего их мотать одновременно сложенным втрое проводом заранее рассчитанной длины.
Программа
Чтобы перейти к обсуждению непосредственно программы измерителя, нам нужно решить еще один принципиальный вопрос. Передаточная характеристика любого измерителя температуры, показывающего ее в градусах Цельсия, должна «ломаться» в нуле — ниже и выше абсолютные значения показаний возрастают. Так как мы тут действуем в области положительных напряжений, то этот вопрос придется решать самостоятельно (в АЦП типа 572ПВ2, напомним, определение абсолютной величины и индикация знака производились автоматически).
Это несложно сделать, если представить формулу пересчета значений температуры в виде уравнения N = K’\x ~ Z|, где N— число на индикаторе, jc — текущий код АЦП, Z— код АЦП, соответствующий нулю градусов Цельсия (при наших установках он должен соответствовать примерно середине диапазона). Чтобы вычислить значение модуля, нам придется сначала определять, что больше — X или Z, и вычитать из большего меньшее. Заодно при этой операции сравнения мы определяем значение знака. Если в регистрах AregHrAregL содержится значение текущего кода АЦП дс, а в регистрах KoeffH:KoeffL значение коэффициента Z, то алгоритм выглядит примерно вот так:
/•вычисление знака: ср AregL,KoeffL ;сравниваем х и Z срс AregH,KoeffH brsh bO
;если X меньше Z
sub KoeffL,AregL sbc KoeffH,AregH
mov AregL, KoeffL /меняем местами, чтобы температура
mov AregH,KoeffH ;оказалась опять в AregH:AregL
sbi PortD,7 ; знак –
rjmp mO bO: /если x больше Z
sub AregL,KoeffL
sbc AregH,KoeffH
cbi PortD,7 ;знак + mO:
<умножение на коэфф К>
Здесь разряд 7 порта D (вывод 21 контроллера) управляет плоским светодиодом, который горит, если температура ниже нуля, и погашен, если выше.
Давление занимает только положительную область значений, поэтому там такой сложной процедуры не понадобится. Если вы посмотрите на характеристику датчика в фирменном описании, то выясните, что он работает не с начала шкалы — нулевому напряжению на выходе (и, соответственно, нулевому коду АЦП) будет соответствовать некоторое значение давления. В результате можно ожидать, что в формуле пересчета значений давления, представленной в вт& N = K(x + Z), все величины будут в положительной области.
Физический смысл коэффициента К— крутизна характеристики датчиков в координатах входной код АЦП— число на индикаторах. Умножение на коэффициент К мы будем производить описанным ранее методом— через представление его в виде двоичной дроби (за основу берется 2’^ = 1024, этого будет достаточно). Вычисление ориентировочных значений коэффициентов KhZпоясняется далее, при описании процедуры калибровки.
Теперь можно окинуть взглядом собственно программу, которая целиком приведена в приложении 4 (разд. «Программа измерителя температуры и давления»). Как вы видите из таблицы прерываний, здесь используется всего один, самый простой Timer О, который срабатывает с частотой около 2000 раз в секунду. В его обработчике по метке timo и заключена большая часть функциональности.
В каждом цикле сначала проверяется счетчик cRazr, который отсчитывает разряды индикаторов (от О до 5). В соответствии с его значением происходит формирование кода индицируемого знака и затем на нужный разряд подается питание.
После формирования цифры программа переходит к довольно запутанному, на первый взгляд, алгоритму работы АЦП. На самом деле он не так уж и сложен. Управляют этим процессом две переменных— счетчик циклов countcyk и счетчик преобразований count. Первый из них увеличивается на 1 каждый раз, когда происходит прерывание таймера. Когда его величина достигает 32 (то есть когда устанавливается единица в бите 5, см. команду sbrs countCyk,5), ТО значение счетчика сбрасывается для следующего цикла, и происходит запуск преобразования АЦП, причем для канала, соответствующего значению бита в регистре Flag, указывающего, что именно мы измеряем сейчас— температуру или давление. Таким образом измерения равномерно распределяются по времени.
Сами преобразования отсчитываются счетчиком count до 64 (поэтому цикл одного измерения занимает чуть более секунды: 32×64 = 2048 прерываний таймера, а в секунду их происходит примерно 1953). Когда это значение достигается, то мы переходим к обработке результатов по описанным ранее алгоритмам: сумма измерений делится на 64 (то есть вычисляется среднее за секунду), затем вычитается или прибавляется значение коэффициента Z, и полученная величина умножается на коэффициент К, точнее— на его целый эквивалент, полученный умножением на 1024. Затем произведение делится на это число (отбрасывается младший байт, и оставшиеся сдвигаются на два разряда вправо) и преобразуется к распакованному двоично-десятичному виду, отдельные цифры которого размещаются в памяти для последующей индикации. Как только очередной такой цикл заканчивается, меняется значение бита в регистре Flag, поэтому давление и температура измеряются попеременно. В целом выходит, что значение каждой из величин меняется примерно раз в две секунды и представляет собой среднее за половину этого периода.
Собственно результат измерения читается в прерывании АЦП (процедура по метке readADc), которое происходит автоматически по окончании каждого преобразования. В нем увеличивается значение счетчика count, извлекается из памяти предыдущее значение суммы показаний (в зависимости от регистра Flag — температуры или давления), считываются значения АЦП, суммируются с предыдущими значениями и сумма записывается обратно в память. Практически весь алгоритм мы описали — осталось только понять, как получить значения коэффициентов преобразования KhZh затем произвести точную калибровку.
Калибровка
Для того чтобы прибор заработал, в него необходимо ввести предварительные значения коэффициентов преобразования К и Z, причем такие, желательно, чтобы они были достаточно близки к настоящим, и измеритель не показал бы нам сразу «погоду на Марсе». В программе «зашиты» некие значения коэффициентов (см. процедуру Reset, секцию «Запись коэффициентов» в самом конце программы), которые вы можете использовать, если в точности воспроизведете схему по рис. 20.4 и используете тот же самый датчик давления. Как они получены?
Схема датчика температуры при указанных параметрах должна выдавать, как вы можете подсчитать, значение от О до 5 В в диапазоне температур примерно от -47 до 55 °С. То есть на 102 °С у нас приходится 1024 градации АЦП, и крутизна характеристики, если считать градусы с десятыми долями, составит 1020/1024 = 0,996 десятых долей градуса на единицу кода АЦП. Для вычислений в МК эту величину мы хотим умножить на 1024, так что можно было бы и не делить — ориентировочное значение коэффициента К так и будет 1020.
Величину Z, соответствующую О °С, вычислить также несложно. Мы полагаем, что нулевому значению кода соответствует температура -47°, тогда значение кода в нуле должно составить величину 470, поделенную на крутизну: 470/0,996 = 471.
Теперь разберемся с давлением. «Если повар нам не врет», то диапазон датчика, соответствующий изменению напряжения на его выходе от О до 4,6 В, составляет примерно 850 мм рт. ст. Диапазон О—4,6 В будет соответствовать изменению кодов примерно от О до 940 единиц, то есть крутизна К равна 850/940 = 0,904 мм рт. ст. на единицу кода. В приведенном для наших расчетов виде это составит 0,904-1024 = 926. «Подставка» Z есть значение кода на нижней границе диапазона датчика, которая равна около 11 мм рт. ст., соответственно, Z= 11/0,904 = 12 единиц. Полученные величины «по умолчанию» и «зашиваем» в программу.
Для уточнения этих величин необходимо произвести калибровку по температуре уже отлаженного прибора. Для этого следует запустить прибор и поместить датчик температуры в воду, записав для двух значений температур (как можно ближе к 0°, но не ниже его, и около 30—35 °С) показания датчика (/) и реальные значения температуры по образцовому термометру (О- Они, естественно, будут различаться.
Для расчета новых (правильных) значений коэффициентов К’ и Z’достаточно решить относительно них систему уравнений:
Здесь величины со штрихами относятся к правильным (новым) значениям, а без штрихов — к старым, причем значение коэффициента К нужно подставлять в изначальной форме (а не умноженным на 1024). Система четырех уравнений содержит четыре неизвестных, два из которых (величины кодов х\ и jc2) вспомогательные. Если вы забыли, как решаются такие простые системы — обратитесь к любому справочнику по математике для средней школы (или к пособию по использованию Excel в алгебраических расчетах). Вычисленные значения (не забудьте А» умножить на 1024!) «забейте» в программу и перепрограммируйте контроллер.
Аналогично калибруется канал давления, только коэффициент Z в уравнениях не вычитается, а прибавляется к jc. Но самое сложное здесь — получить действительные значения давления. Далеко не все научные лаборатории располагают образцовыми манометрами для измерения столь малых давлений с необходимой точностью. Поэтому самый простой, хотя и долгий метод — сравнивать показания датчика с данными по давлению, которые публикуются в Интернете. Данные радио и телевидения лучше не использовать, так как текущие значения могут сообщаться с опозданием на полсуток либо вообще отсутствовать, а по завтрашнему прогнозу, естественно, вы ничего не откалибруете.
Для получения двух точек дождитесь, пока давление на улице не станет достаточно низким, а затем, наоборот, высоким — экстремальные значения давления в регионе Москвы составляют примерно 720 и 770 мм рт. ст. Чем дальше будут отстоять друг от друга значения, тем точнее калибровка. Для повышения точности можно усреднить коэффициенты, рассчитанные по нескольким парам значений давления, но это стоит делать, только если у вас хватит терпения вести наблюдения в течение нескольких месяцев, когда будет пройдено несколько минимумов и максимумов. Средние значения давления при калибровке лучше не учитывать, так как ошибка ее из-за узкого интервала и так достаточно велика.
Можно ли объединить часы, описанные в первом разделе этой главы, с измерителем температуры и давления? Конечно, но я предоставляю читателям
сделать это самостоятельно. Одно только замечание: общее количество индикаторов составит 10 штук (6 для измерителя и 4 для часов), и это почти предельная величина для динамической индикации. Увеличивать частоту обхода индикаторов нельзя до бесконечности: у контроллера может просто не хватить быстродействия, и он начнет терять прерывания, сбиваясь в опросе датчиков или, что еще хуже, в отсчете времени (правда, это отчасти решается увеличением тактовой частоты). Но и быстродействие транзисторных ключей тоже ограничено, и при слишком высокой частоте обхода будут подсвечиваться ненужные и терять яркость нужные сегменты. Потому, возможно, схему придется продумывать более тщательно.
Один из путей улучшения схемы: обеспечить независимый отсчет времени через подсоединение к МК внешней микросхемы RTC. Принципы построения такой конструкции мы разберем в следующей главе.
Рассмотрение таких устройств подробнее увело бы нас слишком далеко, потому мы лучше перейдем к такому вопросу: а можно ли не «зашивать» коэффициенты в программу, а устанавливать их при калибровке отдельно, например, через персональный компьютер? Для этого придется познакомиться еще с двумя вещами: с последовательным портом UART и хранением данных в EEPROM, чем мы и займемся в следующей главе.
nauchebe.net
Где-то в комментариях или письмах мне посоветовали дополнить прибор датчиком BME280 для расширения функциональности.
Я посмотрел описания и обзоры этого датчика и понял что это отличная идея.
Датчик представляет из себя интегрированный комплекс датчиков позволяющий измерять температуру и влажность воздуха, а так же текущее атмосферное давление.
Характеристики датчика вполне достойны для применения в бытовых условиях.
В первую очередь он довольно маленький, что позволяет легко закрепить его вне прибора, что бы на него не влиял разогрев остальных элементов. Датчик питается напряжением 3,3 вольта, что меня устроило. Большинство датчиков и контроллер в моем приборе питаются именно этим напряжением.
Точность показаний заявленных производителем:
Температура — 0,5°C
Влажность — 3 %RH
Давление — 1.0 hPa
Датчик имеет интерфейс подключения I2C, что в моем случае меня очень порадовало. Дело в том что свободных ног, GPIO у контроллера в моем приборе не осталось. Но этот интерфейс позволяет подключить несколько разных датчиков на одни и те же контакты, различая их по адресам на шине. Шина I2C в моем приборе уже используется для доступа к модулю часов DS3231.
И я просто подключил новый датчик прямо к контактам модуля часов.
В результате этого не потребовалось изменения основной платы прибора. И те приборы которые были сделаны по старой схеме могут быть легко модернизированы до нового варианта. Достаточно припаять на шлейфе новый датчик и перепрошить контроллер.
В прошивке я добавил модуль обработки данных полученных с нового датчика BME280 и изменил модуль вывода информации на дисплей. Теперь каждые 15 секунд информация об уровне пыли заменяется на информацию полученную с нового датчика. Температуру, влажность, атмосферное давление.
Сам датчик BME280 я вынес за пределы корпуса прибора и разместил на задней панели.
На картинке это маленький радиатор в верхнем левом углу.
Для работы остальных датчиков используется вентилятор, который не спеша продувает корпус.
Вот такой получился окончательный результат:
Для тех кто заинтересовался конструкцией прибора может пройти по ссылкам:
Электрическая схема прибора
Монтажная схема
→ Тут можно взять новую прошивку
→ Тут Архив с файлами скриптов
→ Тут инструкция о том как самостоятельно собрать подобный прибор
Инструкцию о том как прошивать контроллер
Описание первого варианта прибора
Чё на!?
mysku.ru
За впрыск топлива отвечают одновременно несколько датчиков, но при этом все они выполняют свои функции. Так, например датчик температуры всасываемого воздуха, измеряет температуру входящего воздуха, и от нее проводит расчет плотности. При этом сам датчик как матрешка часто бывает встроен в датчик абсолютного давления (ДАД) воздуха.
С их помощью топливо насыщается кислородом в необходимой пропорции. Как известно плотность воздуха меняется с его температурой, именно поэтому и нужен измеритель, способный определить какова его текущая плотность.
Загрузка …ДАД находится во впускном коллекторе транспортного средства. Данные полученные им передаются в ЭБУ. Там информация обрабатывается и рассчитывается для оптимизации топливной смеси и воздуха.
Название измеритель получил от своего принципа работы. Он сравнивает давление воздуха, соотнося его с вакуумом – с абсолютом. Именно поэтому и получил в свое название это слово.
Конструкция датчика имеет в себе:
Отдельно стоит датчик температуры воздуха, но его температура обрабатывается одновременно с информацией с ДАД.
В результате работа детектора выглядит следующим образом:
Основным признаком неисправности ДАД становиться перерасход топлива. В результате неисправности аппарата в ЭБУ поступают неверные сведения о давлении, которое на деле ниже заявленного. В результате в цилиндры двигателя поступает богатая смесь.
Резко проседает динамика движка, не меняющаяся при прогреве. В выхлопе ощущается сильный запах топлива. Цвет выхлопа даже в жаркое время года остается белым. Холостой режим движка долгое время не снижает обороты. Машина двигается рывками при переключении передач. Множество посторонних звуков сопровождающих работу движка.
К поиску неисправностей прибора как обычно стоит приступать с проверки электронной цепи транспортного средства. Плохое соединение, грязные или обугленные контакты, всё это может привести к видимости неисправности прибора.
Выход из строя находящегося в корпусе ДАД датчика температуры также влияет на общую работу аппарата. Необходимо проверить вакуумный шланг на предмет повреждений и разгерметизации. Удостовериться в отсутствии иных неисправностей и поломок внутри прибора.
Ремонту прибор не подлежит, поэтому в случае неисправности сразу же подвергается полной замене. Исключение составляет чистка контактов. Исходя из этого, осуществляется и его диагностика. Проще всего по понятным причинам установить новый датчик и проверить работу. Если всё нормально, то старый аппарат можно выбросить.
Существует и более точная диагностика неисправности. Для этого необходимо вооружится соответствующими инструментами, такими как вольтметр, вакуумный манометр и насос, а также тахометр. Однако на деле выявление конкретной проблемы никак конечному пользователю не поможет и нужно сразу задумываться о замене после проверки проводки.
Замена измерителя на новый происходит без проблем. Снимается гибкий шланг, жгут проводов и отвинчиваются крепежи. После чего старое устройство снимается, а на его место устанавливается новое, с повторением всей процедуры обратной снятию.
Львиная доля неисправностей в двигательной системе происходит из-за неисправностей в работе этого детектора. В отличие от ДТОЖ, о неисправности ДАД никто лишний раз не сообщит, однако его проблемы достаточно хорошо ощущаются во время вождения автомобиля.
Чем раньше вы заметите проблему, тем быстрее сможете спасти двигатель от износа. Прислушиваться к движку и лишний раз открывать капот и проверять всё нет смысла. Элементарный перерасход топлива бывалый водитель обнаружит достаточно быстро. Переключение передач, сопровождаемое вдавливанием вас в сиденье, как в популярных фильмах также ощущается без особых ухищрений.
Следите за автомобилем и своевременно обновляйте выходящие из строя элементы.
Датчик абсолютного давления (ДАД, MAP). Диагностика. Ланос, Шанс, Форза, Черри.Acteco 1.5 SQR477
alertok.ru
Измерители температуры и давления предназначены для измерений атмосферного давления, газообразных сред в диапазоне 112 – 863 миллиметров ртутного столба при температуре от минус -50 °С до 125°С.
Измерители могут применяться при научных исследованиях, в различных технологических процессах.
Технические характеристики
| Параметр | Значение |
| Тип датчика температуры | Полупроводниковый датчик DS1820 |
| Класс точности измерения температуры, % | 0,5 |
| Диапазон измеряемых температур,°С | -50..+125 |
| Количество каналов измерения температуры | 1 |
| Тип датчика давления | МРХ 4115АР |
| Класс точности измерения давления, % | 0,25 |
| Класс точности измерения давления, мм.рт.ст | 112 – 863 |
| Количество каналов измерения давления | 1 |
| Разрешающая способность, мм | 0,1 |
| Задание параметров управления | Цифровое |
| Напряжение питания, В | 7 — 12 |
| Габариты, мм | 60 Х 180 Х 21 |
| Диапазон температур окружающей среды, С | +5 +50 |
| Потребляемая мощность, мВт | не более 100 мВт |
| Вес, кг | не более 0,2 |
| Климатическое исполнение | УХЛ4.2 |
| Защита от пыли и воды | IP40 |
Устройство и принцип работы изделия
Наш менеджер свяжется с вами в ближайшее время
lanfor.ru
19.06.2015
Давление воздуха изменяется в широких пределах. Если оно больше 760 миллиметров ртутрного столба, то считается повышенным, если меньше – то пониженным.
Наблюдения за изменением атмосферного давления позволяют предсказывать погоду. Например, при повышении давления в зимний период погода становится морозней, а летом – жаркой. Пониженное атмосферное давление способствует появлению облачности, выпадению осадков. Поэтому постоянно знать величину атмосферного давления и контролировать его изменения необходимо не только ученым, медикам, но и всем нам.
Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба, а также в Паскалях и гектоПаскалях. Принято считать нормальным давление, которое равно 760 мм рт. ст. (1013,25 гПа) .
Атмосферное давление, как правило, изменяется в зависимости от изменений погодных условий. Зачастую давление падает перед ненастной погодой, повышается – перед хорошей. Ведение учета изменения давления позволяет определить перемещение циклонов и направление ветров.
На самочувствие человека, проживающего долгое время в определенной местности, изменение характерного давления зачастую не влияет. В случаях, когда происходят непериодические колебания атмосферного давления, даже у здоровых людей появляется головная боль, падает работоспособность и ощущается тяжесть тела.
Изменение атмосферного давления также влияет на многие технологические процессы. Например, при переработке нефтепродуктов, где давление является одним из основных контролируемых технических параметров; хлебо-булочное производство, где показания давления сильно влияют на влажность полуфабрикатов из теста; в авиационной промышленности это очень важный параметр, оказывающий влияние на сроки и условия эксплуатации.
На сегодняшний день существует несколько видов барометров, с помощью которых осуществляют измерение давления воздуха:
Ртутные барометры являются более точными и надежными по сравнению с анероидами, по ним проверяют работу других видов барометров. Высота давления в них определяется по высоте столба ртути. Метеорологические станции оборудованы чашечными барометрами.
Атмосферное давление измеряется не только с помощью различных видов барометров, но и такими универсальными цифровыми приборами, как термогигрометры. Несмотря на то, что основная задача данных устройств – определение относительной влажности и температуры, они прекрасно справляются и с измерением давления воздуха, показывая максимально точные величины. Поэтому такие многофункциональные приборы приобрести намного выгоднее, чем устаревшие барометры и психрометры.
АО «ЭКСИС» предлагает Вашему вниманию огромный ассортимент электронных измерителей давления и других контрольно-измерительных приборов высокого качества и всегда по доступным ценам.
В частности, в нашей копании Вы сможете приобрести следующие модели термогигрометров:
Все модели термогигрометров имеют интерфейс связи с ПК посредством USB, RS-232 и могут крепиться к стене.
www.eksis.ru