Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 22
Текст из файла (страница 22)
3.6. Металлические тензодатчики веса/силы ° 117 Усилитель Зкеивапентнаясхема выход Кснтвктз — ~ ~ — Конактт Подвижная балка яющие сигналы ..., Г1 Г1 ГЬГЬГ Неподвижные контакты Рис. 3.28. Полупроводниковый тепзодатчик ускорения Датчик 1видсверху) Датчик Нулевое Направление измерения Схемнап плата ускорение = ОС Положительное ускорение = О зс Положительное ускорение =! О Отрицательное ускорение = -О.ОС Отрицательное ускорение= -1О Рис. 3.29. Измерение наклона с помошью тензодатчнка ускорения 3.6. Металлические тензодатчики веса/силы Металлический телзодатчик веса/силы (Рис.3.30) обычно содержит проводник, представляюший собой тонкий слой металла, нанесенный на изолятор. Сопротивление проводника определяется его геометрическими размерами.
При сжатии или растяжении изолятора проводниктакже изменит свою форму, и его сопротивление изменится. Тензодатчики характеризуются очень малым сопротивлением и еще меньшими изменениями этого сопротивления. Преимушество тензодатчиков в том, что они могут быть 118 ° Глава 3. Давалки использованы для измерения веса (например, грузовика) на весах без каких-либо движущихся частей. Такой тензодатчик является структурной частью весов, прогибающихся под нагрузкой. Заметим, что гибкий элемент датчика может быть напечатан на подложке или даже на алюминиевой опоре, будучи от нее изолированным (см.
Рис. 3.30а). Как показано на Рис. 3.30б чувствительная часть тензодатчика обычно собрана по мостовой схеме. В данном примере отношение К!/К2 равно КЗ/Вз (Кз — сопротивление тензодатчика), когда тензодатчик не нагружен. При выполнении этого условия выходное напряжение Чоцт равно нулю. Если тензодатчик деформируется под действием веса или силы, и его сопротивление изменяется, у моста наступает разбаланс, К1/К2 уже становится не равным КЗ/Кз (так как Кз изменилось). Выходное напряжение может быть усилено и измерено. Преимушество мостовой схемы в том, что она служит фильтром для различных шумов (таких как пульсации, например) входного напряжения.
Выходное напряжение будет зависеть от входного, но изменения входного напряжения не повлияют значительно на выходное напряжение. ми От яз Я5 а) Рас. 3.30. Металлический теизолатчик веса/силы, включенный в мостовую схему Так как сопротивление тензодатчика очень мало, его выходное напряжение должно быть усилено во много раз перед измерением. Типичный тензодатчик имеет сопротивление порядка 100 Ом, и в практических применениях должен чувствовать крайне малые изменения сопротивления — на уровне 0.0002% от номинальной величины. Тензодатчики в различном конструктивном исполнении применяются для измерения веса, силы и давления.
Промышленностью также выпускаются полупроводниковые тензодатчики с микромеханическими сопротивлениями, нанесенными на кремниевую подложку. Преимущество такой технологии в том, что схемы усиления и обработки сигнала могут быть размещены на том же кристалле. 3. 7. Ключи ° 119 3.7. Ключи Форма сигнала при ззмыканииуразмыкании ключа Н Хюбазг ключа) Замкнут Разомкнут Замкнут Рие. 3.31. Дребезг контактов ключа Если ключ служит для открывания двери, то дребезг не является проблемой. Программа может проверять состояние ключа в момент, когда пользователь пытается сдвинуть дверь, и если ключ не замкнут, замок, не откроется.
С другой стороны, в некоторых приложениях необходимо проверять состояние ключа при каждом нажатии. В этом случае дребезг контактов выглядел бы для программного обеспечения как многократные включения, которые должны быть отфильтрованы. Алгоритм фильтрации выглядит обычно следующим образом: Ключи бывают самых различных типов, включая ключи с язычковыми герметизированными (магнитоуправляемыми) контактами, дверные и кнопочные ключи. Может показаться, что ключи — слишком простые приборы для изучения. Они могут находиться либо в закрытом состоянии, либо в открытом состоянии, не правда ли? Ответ, тем не менее, зависит от многих вещей. На Рис.
3.31 показан самый распространенный метод подключения ключа к микропроцессору. Резистор в цепи питания устанавливает ВЫСОКИЙ уровень, когда ключ разомкнут, а при замыкании ключа входной сигнал устанавливается в нуль. На рисунке также приведена осциллограмма изменения сигнала в моменты времени, когда ключ переходит из одного состояния в другое (замыкается или размыкается). Механический ключ обычно создает дребезг контактов при включении и выключении.
Время дребезга обычно составляет несколько миллисекунд. 120 ° Глава 3. Даизчики Определить замыкание ключа. Ждать 10-30 мс. Если ключ до сих пор замкнут, то зто замыкание действительно имеет место; в противном случае игнорировать его. Задержка может быть организована в программе с помошью специальной процедуры или с использованием системного таймера. После определения времени задержки, введите его в программу с запасом.
Это время широко варьируется от ключа к ключу и изменяется в зависимости от срока службы ключа. Сопротивление контакта ключа также может изменяться в зависимости от срока службы. Ключи с позолоченными контактами обладают меньшим сопротивлением, однако со временем позолота стирается. Повышенное сопротивление контакта создает большее падение напряжения на ключе, когда тот замкнут, особенно, если мала величина резистора в цепи питания.
глдвА 4 Измерение временных параметров 4.1. Общие сведения Во многих микропроцессорных системах предпочтительнее измерять частоту, вместо напряжения или тока с помощью АЦП. Причины для измерения частоты обычно следующие: ° В системах с разными землями можно обеспечить емкостную или оптическую связь сигналов для избегания «петли> и других нежелательных эффектов. ° Шумов, вносимых в аналоговый сигнал длинным кабелем, можно избежать, передавая сигналы с логическими уровнями определенной частоты. ° Измерение частоты вместо аналоговых величин позволит применить более простой микропроцессор, поскольку не требуется применение АЦП. Во многих случаях, можно преобразовать аналоговый входной сигнал, например при измерении температуры, в периодический сигнал, который измеряется микропроцессором.
Одна из ИС, которая может осуществить такое преобразование — это М4Х6576 (и подобная М4Х6577) фи)ьвм МАА7М/ОаПак ИС МАХ6576 выполнена в 6-выводном корпусе для поверхностного монтажа (ЯОТ-23) и преобразует измеряемую температуру в прямоугольные импульсы. Период повторения выходного сигнала пропорционален температуре. ИС МАХ6576 имеет два дополнительных вывода, на которые можно подать ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ кодовый логический уровень для выбора одного из четырех выходных диапазонов 1О, 40, 160 или 640 мкс на градус Кельвина. Использование такого частотного метода позволяетдля измерения температуры применять всего один вывод микропроцессора. ПО микропроцессора может произвести такое измерение несколькими способами.
В МП с возможностью захвата (саргцге), например Р(С16Сбх фирмы М!сгос)цр, выход датчика может быть соединен с входом микропроцессора, который используется лля захвата импульсов. Упрощенная структурная схема такой системы показана на Рис. 4.1. Здесь асинхронный (атее-гопп(па) 16-битиый счетчик захватывается 16-битным регистром, когда частота входного сиг- 122 ° Глава 4.
Измерение временных параметров нала изменяется от низкого до высокого значения. В то же самое время формируется короткий импульс для сброса счетчика. В показанном иа Рис. 4.1 примере один из периодов составляет 90 мкс, а другой 100 мкс. В этом случае счетчик отсчитает 90 отсчетов за первый период и 100 отсчетов за второй. Показания счетчика считываются микропроцессором для определения периода повторения и, следовательио, температуры. Тактовый ои микропроцесс ! частоты Вход дня измерения частоты Выход не сброс(ЯВТ) счетчика 90 мко 100 мко Вход чеототы Рис.
4Л. Частотная система измерения Начальная установка Запрограммировать таймер иа захват входа. Запрограммировать предварительный делитель (ргезса!ег) таймера (если используется). В некоторых микроконтроллерах таймер ие может быть сброшен в момент захвата. В этом случае счетчик продолжает считать между прерываииями.
Например, если иа вход захвата подается обычный сигнал, имеющий период, равный 100 отсчетам таймера, тогда первое прерывание приведет к захвату числа 100, второе — к захвату числа 200, третье — 300 и т. д. ПО должно вычитать из текущего значения предыдущее для определения числа отсчетов после последнего прерывания.
В коде также должна быть предусмотрена корректировка иа момент перехода счетчика с максимальной величины в О. Программа для выполнения захвата данных счетчика в таком случае содержала бы код установки (зегвр соде), подпрограмму обработки прерываиия (1Ж соде) и код, ие относящийся к подпрограмме обработки прерывания (поп-(ЗА соде). Программа должна выполнять следующие функции. 4.
Е Общие сведения ° 123 Запрограммировать, какой, передний или задний фронт импульса послужит для захвата. Запрограммировать таймер для генерации прерывания при захвате. Логика прерывания при захвате 1если счетчик сбрасывается после захвата) Считать захваченный отсчет из регистра захвата таймера. Преобразовать время в температуру (по таблице или через встроенный алгоритм). Логика прерывания при захвате 1если счетчик не сбрасывается после захвата) Считать захваченный отсчет из регистра захвата таймера. Вычесть предыдущий отсчет из нового. Если резулыат отрицательный, вычесть предьшуший отсчет из нового + 100005.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
