Views
1 week ago

radio_10_2012

с зв н н в з оц

с зв н н в з оц Фоц Ф ггг с ск с о щоо щоо г тЕп ý х тзв с мк н б с зв к выв б выв з выв К выв з выв выв Рис Суммарное потребление всего узла индикации микросхемы б с подключёнными индикаторами не превышает мкА причём львиная доля тока приходится на гене ратор При необходимости ток можно уменьшить увеличив сопротив ление резистора и уменьшив ём кость конденсатора С от произведе ния которых зависит частота генери руемых импульсов Однако при частоте менее Гц становится заметным мер цание цифр применённых индикаторов Микроконтроллер обрабатывает сигналы встроен ного в него датчика температуры и внешнего датчика влажности Н Н З В а также управляет выводом ин формации на индикаторы Это предста витель нового поколения микроконт роллеров с предельно низким потреб лением Начальные сведения о микро контроллерах серии С можно по черпнугь из книг и К сожалению сведения о микроконтроллерах се мейств с х и в этих книгах отсутствуют поскольку они выпущень пооле их публикации Недо стающую информацию можно найти в справочных данных микроконтролле ров на веб сайте раз работчика Как показали эксперименты по грешность встроенного в микроконт роллер датчика при измерении темпе ра ры окружающего воздуха не выхо дит за пределы ОС Измерение теку ч их значений темпера ры и влажнос ти производится каждые с причём питание датчика влажности В встро енного датчика темпера ры а также А П микроконтроллера программа включает только в моменты выполнения измерений В остальное время микро контроллер находится в спяшем ре жиме Потребление им тока в этом ре химе около З мкА проверено на практике и полностью соответствует оправочным данным Из спящего режима микроконтрол лер периодически выводит встроенный разрядный таймер реального вре мени работающий от внутреннего С генератора частотой Гц Этот таймер имеет возмож ность без участия процессора микро контроллера отсчитывать интервалы времени продолжительностью до Зб ч в режиме будильника чем и достигаются экономичность и простота его исполь зования В активном рехиме работа микро контроллера синхронизирована другим встроенным генератором частотой МГц активизируемым при пробуж дении Ток потребления микроконт роллера в активном режиме линейно возрастает с ростом тактовой частоты Однако коэффициент пропорциональ ности здесь меньше единицы Согласно подтверждаемым практикой рекомен дациям изготовителя для минимиза ции среднего потребляемого тока сле дует держать микроконтроллер в спя щем режиме как можно дольше а при активизации выбирать наибольшую тактовую часто чтобы выполнить все необходимые операции за возможно меньшее время Это и реализовано в предлагаемом устройстве Процесс измерения темпера ры и влахности от момента пробуждения микроконтрол лера до загрузки кодов в преобразова тели узла индикации занимает не более З мкс В течение этого времени мик роконтроллер потребляет от источника питания около мА атчик относительной влажности воздиа В д₠€ льнеЙшее развитие серии датчиков с на пряжением питания В Он может рабо тать при напряжении питания В Это логометрический дат чик его выходной параметр отноше ние напряжения на выходе к напряже нию питания При постоянной темпера ре оно линейно зависит от влажности Поэтому образцовым напряжением А П преобразую его результат изме рения в цифровой код должно слухить напряжение питания датчика Причём не требуется дожидатьоя его окончатель ного установления после включения Следует однако учитывать что дат чик Н Н З чувствителен к све и когда он освещён ему требуется около мс для выхода в рабочий рехим Эксперименты показали что в темноте это время уменьшается практически до нуля В этом случае датчик потребляет около мкА а микроконтроллер пе реводится в спящий режим с после дую им пробуждением от таймера Средний за цикл изме рения с ток потребления всего при бора получается около мкА Добрая его половина приходится на микросхе му Д альнейшее снихение среднего потребляемого тока доотигается авто

матическим выключением прибора в тёмное время суток а также при его установке в неосвещённом большую час ь времени подсобном помещении или погребе В подобных случаях цифры на индикаторах всё равно не видны если не включено искусствен ное освещение За счёт принятых мер средний ток потребляемый всем при бором в темноте снижается с мкАдо З мкА почти в три раза В основ ном он расходуется на питание аймера микроконтроллера Д атчиком освещённости служит фотодиод подключённый к входу аналогового компаратора микроконт роллера При дос аточной освещён ности напряжение на выходе компа ратора соответствует высокому логиче скому уровню Этот уровень микроконт роллер проверяет после кахдых из мерений темпера ры и влажности с периодом приблизительно мин Конфигурация компаратора микро контроллера выбрана обеспечивающей максимальную экономию энергии Со гласно справочным данным его собст венное потребление при такой конФи гурации около мкА что подтвержде но на практике Д ля проверки освещён ности компаратор включается лишь на короткое время Если на его выходе отмечен низкий уровень напряжения что соответствует темноте микроконт роллер переходит в спящий режим пробухдаясь кахдые с на несколько микросекунд для проверки освещённо сти В этом рехиме микроконтроллер устанавливает на своём выводе низ кий уровень чем запрещает работу ге нератора микросхемы Помимо этого во входные регистры преобразо вателей кода З б запи сываются нули что обеспечивает от сутствие постоянного напряжения на элементах индикаторов и гашение изобрахения Фотодиод работает в фотоволь аическом рехиме Он включён мехду инвертирующим и неинвертирующим входами компаратора выход которого направлен на вывод микроконтрол лера Возмохность программно под ключать выводы встроенных перифе рийных устройств к различным выво дам корпуса одна из особенностей микроконтроллеров серии С Че рез резистор компаратор охвачен обратной связью Это даёт возмож ность обойтись без источника образцо вого напряжения задающего порог переключения и повышает экономич ность устройства В темноте напряжение между вхо дами компаратора близко к нулю а на его выходе установлен низкий логиче ский уровень При освещении фото диода генерируемое им напряжение увеличивается Когда оно достигает мВ низкий уровень на выходе ком паратора сменяется высоким Это при водит к пробухдению микроконтрол лера проведению измерений темпера туры и влажности и выводу измерен ных значений на индикаторы После этого микроконтроллер в течение мин до следующей проверки осве щённости работает в рехиме периоди ческих измерений При ярком освещении напряжение на фотодиоде Х достига ет В его чувствительности доста точно для регистрации естественного дневного освещения в любом хилом помещении или света дахе от усклой лампы накаливания амену этому све тодиоду следует подбирать с максиму мом чувствительности в спектральной области видимого света длина волны нм Чтобы не уменьшать чув ствительность устройства к свету сум марное сопротивление нагрузки фото диода резисторов и З должно быть не менее Мом Г ри наличии света высокий уровень напряжения на выходе компаратора через резистивный делитель при водит к установке напряжения порядка З мВ на его инвертирующем входе Из за программного гистерезиса в мВ мя перевода компаратора в дру гое состояние необходимо чтобы на пряжение на фотодиоде упало практи чески до нуля Этим создаётся гистере зис реакции системы на свет и исклю чается её неустойчивос ь при освещён ности близкой к пороговой Сопротивление резистора хе лательно подобрать в пределах З кОм под конкретный экземпляр фотодиода добиваясь максимальной чувствительности к свету и отсугствия хаотических изменений сос ояния ком пара ора при уменьшении освещённо сти фотодиода Приведённый в справочных данных да чика Н Н З алгоритм пересчёта выходного кода АЦП микроконтроллера в значение относительной влажности с учётом температурной поправки пере работан так чтобы программа имела возможность выполнять все математи ческие операции только над целыми числами Вычисление относительной влажности в процентах происходит по формуле н л о т зэ о где А выходной код АЦП Т темпе ратура С операция сдвига двоичного числа на разрядов вправо Константы подобраны так что отличие значений влажности от полученных по формуле из справочных данных не пре вышает О о в интервалах относитель ноЙ влажности О о и температуры С При комнатной температуре С результаты вычислений по обеим формулам округлённые до целых значениЙ совпадают в о случаев В программе предусмотрено скользящее усреднение последних результатов измерения влажности и восьми резуль татов измерения температуры Датчик Н Н З оказался весьма точным прибором отличие его показа ний от эталонного датчика не превосходило Х Уо без какой либо ка либровки Однако встроенный в микро контроллер датчик температуры калиб ровки требует Предлагаемый в спра вочных данных микроконтроллера ме тод его калибровки при одном значении температуры с использованием зане сённых изготовителем в регистры ТО Н и ТО калибровочных констант не дал желаемого результата Он не позволяет скомпеНсировать отличие наклона характеристики преобразова ния датчика от номинального значения Д ля повышения точности измерений разработан и применён описанный ниже способ калибровки датчика при двух значениях гемпературы Приступая к ней загрузите в микро контроллер и запустите програм му полученную компиляцией файла проект На инди каторы будет выведен код ДЦП резуль ат преобразования показаний встроенного датчика температуры ав прибору поработать не менее мин запишите получившийся код и соответ ствующую ему температуру окружаю щего воздуха измеренную образцовым термометром Хелательно применять термометр гарантированная погреш ность которого не превышает С атем прибор вмесге с образцовым термометром поместите в холодильник но не в морозильную камеру на время не менее мин по их истечении вновь запишите показания индика оров и образцового термометра После этого откройте в веб браузе ре файл Н Н З введите в соот ветствующие окна записанные показа ния индикаторов и термометра и на жмите на экранную кнопку В строки З и файла основной програм мы перепишите вычисленные значения сов и МАХ Вычисленную таблицу поме стите в самый конец файла вместо имеющейся там одноимённой таблицы Изменённый файл откры вают в проекте компилируют программу и загружают её в микроконт роллер После правильно выполненной калибровки различие показаний прибо ра и образцового термометра не долж но выходить за пределы С Рабочая программа микроконтрол лера написана на языке ассемблера и о лажена в системе до ступной на веб сайте разработчика микроконтроллера В эту систему встроены ассемблер и линкер фирмы Подробности настройки описа ны в Поскольку в ней отсутствует программный симулятор возможна только внутрисхемная отладка про граммы Кроме того в системе нет счё чика циклов процессора на сайте можно найти свободную от этих недостатков систему разработки бесплатная версия К сожа лению дирекгивы ассемблера в ней не сколько отличаются от используемых в что затрудняет перенос программ из одной системы в другую отметим что в обеих системах на момент написания статьи отсутствуют ассемблерные файлы для микроконт роллеров семейств х и С х в которых обычно описыва ется соответствие имён регистров мик роконтроллера их адресам в его памяти и содержится другая необходимая для компиляции программ для этих микро контроллеров информация Поэтому к с а ье прилохен созданный её автора ми Файл для системы зз Е р р Е г о т Е Ф п т о Ф о о Ф Ф Ф ш оЕ зз оо Ф о с о о т о ь о м