Логгер часть 5

Автор: callous_vk от 23-07-2013, 00:40, посмотрело: 3957

0
В предыдущих частях, мы рассмотрели вопросы о работе устройства в целом с датчиком температуры DS18B20, но к устройству планировалось также привинтить ни что иное как стандартные промышленные датчики с унифицированными выходами 4-20 мА и 0-10 В. Для работы с аналоговыми сигналами без дополнительных устройств в микроконтроллере есть АЦП, который охотно воспринимает сигналы от 0 В до опорного напряжения на ноге AREF. Сразу зададим диапазон будем на ногу AREF МК подавать стабилизированное напряжение 5 В. Таким образом все входные сигналы надо привести к диапазону 0-5 В.
Для стандартного выхода 0-10 В это сделать проще всего достаточно поставить делитель напряжения, причем делить напряжения надо на 2, что бы при 10 В на входе на выходе получалось 5 В, это обеспечит использование всего диапазона измерения и тем самым увеличит точность:
Логгер часть 5

Самый удобный вариант оба резистора должны быть одного номинала Uвых=Uвх*R2/(R1+R2) в случае R1=R2, получаем Uвых=Uвх/2.

Для стандарта 4-20 мА дела обстоят немного сложнее, преобразовать ток в напряжение можно самым простым способом U=I*R, резистор здесь называется токовым датчиком. При максимальном входном токе 20 мА на выходе должно быть 5 В, отсюда R=5/0,02=250 Ом:
Логгер часть 5

Токовым датчиком выступает резистор R, остальная схема является источником тока. В реальном подключении схема будет выглядеть так:
Логгер часть 5

У такого варианта есть один недостаток при входном токе 4 мА, выходное напряжение с датчика тока составляет 1В, в таком варианте диапазон напряжения подаваемого на АЦП будет 1-5 В, что снижает точность измеряемого сигнала, но в тоже время позволяет определить обрыв в цепи датчика.
После некоторых размышлений и просмотра стандартных рядов резисторов, было принято решение о том что использовать в качестве токового датчика лучше резистор меньшего номинала например 241 Ом. Такое сопротивление токового датчика позволит контролировать как обрыв в цепи датчика 4мА*241Ом=0,964B если на АЦП напряжение меньше этого значит в цепи датчика обрыв, если напряжение на АЦП больше 20мА*241Ом=4,820В то датчик вышел из строя.

Как вариант тоже самое преобразование можно сделать с помощью операционного усилителя:
Логгер часть 5

Таким образом Uвх=Iвх*R2, Uвых=Uвх*(1+R5/R4), выберем R5=R4, таким образом Uвых=Iвх*R2*2, дальше выходя из ограничений что при 20 мА на выходе должно быть 5 В посчитаем R2=125 Ом.
В такой схеме есть один очень крупный минус, необходимо обеспечить двуполярное питание для ОУ, при однополярном точность уменьшится, для двуполярного необходимо строить сложный преобразователь, поскольку питание для устройство предполагается батарейное. Особенно стоит помнить что надо предусмотреть в устройстве питание для датчиков, 24 В поскольку это напряжение является универсальным.

В любом случае необходимо построить некоторую защиту для входов АЦП, внутри микроконтроллера естественно есть своя защита, но лучше перебдеть чем недобдеть.

Эквивалентная схема входа микроконтроллера:
Логгер часть 5

Стандартная защита на диодах, так же учитывается емкость ножки.

Мы применим внешнюю защиту на диодах Шотки.
Логгер часть 5

D2, D3 диоды Шотки, D1 стабилитрон с напряжением стабилизации 5,6 В также поставим емкость 0,1 мкФ для снятия высокочастотных помех. После некоторых испытаний такой защиты на макете остался доволен результатом, напряжение ограничивается на значении 5,4 В.

Применять мы будем в нашем случае схему с простым токовым датчиком, тобиш резистором 241Ом с выбранной схемой защиты, что должно обеспечить надежную защиту входа микросхемы при этом не усложняя схему.

Первая часть статьи
Вторая часть статьи
Третья часть статьи
Четвертая часть статьи

Категория: Аналоговая

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.