Журнал Радио 5 номер 2003 год. 
ЭЛЕКТРОНИКА В БЫТУ
Часы с термометром и барометром
Ю. РЕВИЧ, г. Москва
Начало см. в "Радио", 2003, ╧ 4
Операцию вычитания выполняет прецизионный дифференциальный усилитель постоянного тока на ОУ DA2.1, DA2.2. Работа подобного усилителя описана в [3]. Необходимо точное равенство сопротивлений резисторов R8—R11, поэтому их следует подбирать с допусками не более ±0,1...±0,25 %, аналогичные допуски должны иметь и резисторы R3, R4.
Коэффициент усиления дифференциального усилителя устанавливают таким, чтобы верхнему пределу измерения температуры соответствовало максимально возможное для ОУ выходное напряжение — приблизительно 4,4 В.
Необходимое значение коэффициента усиления находят по формуле
где R0 — сопротивление датчика при комнатной температуре, кОм; i0=1 мА — номинальный ток через датчик и образцовый резистор; Тмакс,Тмин — соответственно верхняя и нижняя границы интервала измерения, °С. Задавшись равными номиналами резисторов R8—R11 (их можно выбирать любыми от 2 до 10 кОм), вычисляют номинал резистора R6 по формуле
Требования к точности номинала этого резистора не очень высоки, погрешности могут быть скомпенсированы программно. Но как и прочие резисторы измерительного узла, он должен быть термостабильным.
Датчик давления ВР1 — МРХ4115АР выпускает фирма Motorola специально для электронных барометров и барометрических высотомеров. В интервале 0,15...1,15 кПа (112,5...862,5 мм рт. ст.) зависимость его выходного напряжения от давления линейная с нормированным наклоном. Однако смещение нуля характеристик разных экземпляров датчика доходит до 20 мм рт. ст. Компенсация смещения в данном приборе возложена на программу микроконтроллера. Первый вывод датчика легко определить по полукруглому вырезу на нем.
Если в изготовленном приборе показания барометра нестабильны, чаще всего виноваты наведенные на выходную цепь датчика ВР1 помехи. Чтобы избавиться от них, достаточно установить между выводами 1 и 2 датчика не показанный на схеме конденсатор емкостью не менее 0,047 мкФ.
Цепь R7C11 обеспечивает надежную установку микроконтроллера DD2 в исходное состояние при включении питания. Конденсаторы С1—СЮ, С12 — блокировочные, С13 и С14 необходимы для возбуждения кварцевого резонатора ZQ1.
Печатная плата модуля контроллера — двусторонняя из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Ее размеры — 190x120 мм с вырезом 90x60 мм. Чертежи платы находятся на FTP-сервере редакции по адресу <ftp://radio.ru/pub/2003/05/clck/ control.zip> Особенность схемы и конструкции модуля — три независимых "общих" провода для аналоговых, цифровых цепей и индикаторов. В собранном приборе эти провода соединяются между собой лишь в модуле питания. Такой прием уменьшает помехи, создаваемые аналоговым узлам цифровыми и модулем индикации. При автономной проверке и налаживании контроллера с питанием от "нештатных", например, лабораторных источников, не забудьте соединить между собой общие провода последних.
Резисторы R1—R6, R8—R11 — С2-29В или другие прецизионные с указанными ранее допусками. Остальные резисторы — обычные МЛТ или С4-1. Все конденсаторы —любые керамические. Кварцевый резонатор ZQ1 — НС-49 или другой на нужную частоту.
Вилки ХР1—ХРЗ — двухрядные штыревые колодки PLD. Блочная часть разъема РС4 (Х1) установлена на корпусе прибора. Ее контакты соединены с соответствующими контактными площадками печатной платы.
Преобразователь уровней сигналов интерфейса RS-232 МАХ202СРЕ (DD1) можно заменить одним из его многочисленных функциональных аналогов, различающихся лишь числом каналов преобразования, рекомендованными номиналами конденсаторов С4, С5, С9, С10 и уровнем защиты входов и выходов от помех и перенапряжений.
В крайнем случае микросхему DD1 можно заменить узлом на двух транзисторах по схеме, показанной на рис. 3. Необходимое для формирования полноценного сигнала TXD отрицательное напряжение в этом случае получают выпрямлением с помощью цепи VD1C1 сигнала RXD, поступающего от компьютера. В специализированные интерфейсные микросхемы встроены бестрансформаторные преобразователи для получения повышенного положительного и отрицательного напряжения.
Заменой сдвоенных прецизионных ОУ МАХ478СРА (DA1, DA2) послужат счетверенные MAX479CPD. Аналогичные ОУ выпускает фирма Analog Devices (AD8512, AD8513). В крайнем случае подойдут одинарные отечественные КР140УД26А.
Полевые транзисторы КПЗ0ЗЕ можно заменить на КП302 с буквенными индексами Б—Г или другие с n-каналом и начальным током стока не менее 3...5 мА. Вместо транзисторов КТ315Г можно установить КТ315Б или на КТ3102 с любыми буквенными индексами, вместо КТ972А — КТ817Г, а вместо КТ973А — КТ973Б. Разумеется, допустимо применять любые другие транзисторы приблизительно такой же мощности с п21Э не менее 100, в том числе импортные.
МОДУЛЬ ИНДИКАЦИИ
Назначение этого модуля ясно из названия, а схема изображена на рис, 4. Между семисегментными светодиодными индикаторами часов (HG1, HG2) и минут (HG3, HG4) с цифрами высотой 25 мм находятся светодиоды HL3 и HL4, мигающие с частотой 0,5 Гц. Остальные индикаторы — вдвое меньшего размера. HG5—HG7 показывают температуру, HG8 и HG9 — единицу ее измерения (°С). Благодаря резистору R2 между разрядами единиц и десятых долей градуса светится десятичная точка.
На индикаторы HG10—HG12 контроллер выводит значение атмосферного давления, единица измерения которого (мм) видна на сдвоенном шестнадцатисегментном индикаторе HG13. Учтите, что индикаторами HG8, HG9, HG13 контроллер не управляет. Нужные символы "запрограммированы" соединением катодов сегментов этих индикаторов с общим проводом через резисторы R4—R16.
Слева от индикатора HG5 (разряд десятков градусов) горизонтально расположен плоский светодиод HL1 — знак "минус". Двухцветный светодиод HL2 служит для индикации состояния резервной батареи. Пока напряжение в норме, он зеленый, периодическое изменение цвета свечения сигнализирует, что батерею пора заменить. Если цвет постоянно красный, батарея разряжена полностью или отсутствует.
Печатная плата модуля — двусторонняя из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Ее размеры — 190x75 мм. Чертежи платы размещены на FTP-сервере редакции по адресу <ftp://ftp.radio.ru/pub/2003/05/ cick/indic.zip> Вилку ХР1 (PLD-24, идентичная вилке ХРЗ контроллера) и все резисторы монтируют с одной стороны платы. Индикаторы HG1 — HG13 и светодиоды HL1—HL4 — с противоположной стороны, предварительно окрасив темной краской ее поверхность и места паек штырей вилки и выводов резисторов. Это улучшает внешний вид прибора, создавая темный фон для индикаторов и скрывая от пользователя подробности устройства.
На схеме (см. рис. 4) указаны типы светодиодов и индикаторов производства фирмы Kingbright, но с равным успехом можно применять аналогичные других фирм, в том числе отечественные.
Индикаторы HG1—HG4 —желтого, HG5— HG7 — зеленого, остальные — красного цвета свечения. Разумеется, цвета можно выбрать и другими в соответствии с собственным вкусом. Цвет светодиода HL1 должен быть таким же, как у индикаторов HG5—HG7, а светодиодов HL3, HL4 — как у индикаторов HG1—HG4.
Желательно применять светодиоды с диффузным рассеиванием света (с матовой линзой). Чтобы устранить ненужную подсветку элементов конструкции прибора, покройте боковые поверхности светодиодов HL1 и HL2 какой-нибудь непрозрачной краской.
МОДУЛЬ ПИТАНИЯ
На рис. 5 приведена схема модуля, вырабатывающего четыре напряжения: + 5 В (А) и -5 В — для питания аналоговых узлов прибора; +5 В (Ц) — для его цифровых узлов; пульсирующее (неотфильтрованное) напряжение +12 В — для индикаторов. Напряжения с соответствующих обмоток трансформатора Т1 после выпрямления диодными мостами VD1 — VD4 поступают (кроме напряжения +12 В) на фильтрующие конденсаторы С1—СЗ и интегральные стабилизаторы DA1—DA3. В модуле имеются три вывода общего провода: Общ. (А) — "аналоговый"; Общ. (Ц) — "цифровой"; Общ. (И) — для индикаторов. Они соединены между собой только в одной точке на плате модуля питания, а во всех остальных модулях электрически не связаны. Это необходимо для снижения уровня помех, создаваемых цифровыми узлами модуля контроллера аналоговым.
Трансформатор Т1 — ТП112-19 с кольцевым магнитопроводом, на который в дополнение к имеющимся обмоткам I—III намотаны еще две: IV (80 витков провода ПЭВ-2 0,2 мм) и V (120 витков провода ПЭВ-2 0,5 мм). Можно применить любой другой трансформатор габаритной мощностью не менее 15 Вт с нужным числом вторичных обмоток (И—IV — по 7...9 В/0,05 А; V— 12...15В/0.5А).
ЛИТЕРАТУРА
- <http://users.skynet.be/jiwan/ Electronique/English/AVR%20Prog.htm>
- <http://www. In.com. ua/~ real avreal/ av122r9.zip>
- Гутников В. Интегральная электроника в измерительных устройствах. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1988.
Вернуться к содержанию журнала "Радио" 5 номер 2003 год
| Ваш комментарий к статье | ||||
