aktuální teplota - minulé dny - dlouhodobá statistika - informace - odkazy

Kuna2 teploměr
Informace o HW.

Základem teploměru je teplotní snímač SMT 160-30. Snímač je třívývodový integrovaný obvod s digitálním výstupem (střída obdélníkových pulzů). Má rozsah měřených teplot od -45 do 130 stupňů Celsia. Přesnost je 0,7 C. Linearita v rozsahu měření do 0,2 °C. Snímač je kalibrován při výrobě čipu. Přesnost a rozsah měřených teplot ho nepředurčují do příliš přesných aplikací ale pro využití jako venkovní teploměr postačují. Výstup snímače je zpracován mikropočítačem 8052, změřená teplota je posílána po sériové lince do PC.
Specifikace:
Rozsah měření-45 - 130 °C
Přesnost měřenímax. 1 °C
Napájecí napětí7 - 25 V ss
Napájecí proud20 mA
Výstupteplota v ASCII (zaokrouhlena na jedno desetinné místo; desetinná čárka je tečka) zakončená znaky CR a LF po sériovém rozhraní RS232
Součástiteploměr, snímač na kabelu, kabel pro propojení s PC
Popis funkce
Výstup snímače je obdélníkový signál s TTL úrovní a je připojen přímo na vstup mikropočítače. Střída je určena vztahem stř = 0,32 + 0,0047 * t [%], takže teplota je t = (stř - 0,32) / 0,0047 [°C]. Signál je připojen na vstup časovače T1, který je nastaven na režim hradlování tj. při vysoké úrovni vnějšího signálu T1 přičítá konstantní rychlostí 1/12 frekvence oscilátoru mikropočítače, při nízké úrovni je zastaven. Časovač T0 počítá stejnou rychlostí jako T1 stále. Při přetečení T0 dojde k přerušení, v jehož obsluze jsou čítače zastaveny, zpracovány jejich hodnoty, vynulovány a znovu spuštěny. Při zpracovaní je v T1 hodnota odpovídající době, kdy byl signál na vysoké úrovni. Podělením T1 číslem odpovídajícím rozsahu T0 dostaneme střídu, ze které vypočítáme teplotu. Při frekvenci krystalu cca 11MHz je signál vzorkován frekvencí 1/12 * 11MHz. Čítače jsou 16tibitové, takže naplnění T0 trvá asi 70 ms. Frekvence výstupního signálu se v závislosti na teplotě mění od 1kHz do 4kHz (perioda 1 až 0,25 ms). Při jednom načtení je tak změřeno kolem 70ti až 280ti period signálu. Vypočítanou teplota je poslána ven přes sériovou linku. Teplotu není třeba posílat tak často a tak program mezi jednotlivými výstupy načte 256 hodnot a tyto zprůměruje. Podrobnější seznámení s programem zde.
Odhad chyby měření
Chyba přidaná k vlastní chybě snímače použitou metodou měření střídy mikropočítačem. Čítání T0 není nijak synchronizováno s průběhem period měřeného signálu. K nejhoršímu případu dojde při malé střídě, když T1 započítá signál z více period, než vyjde na naplnění T0. Situaci přibližuje následující obrázek.
obr.
Střída je T1 / T, změřena je však jako 2 * T1 / T2 = 2 * T1 / (T + T1). Maximální chyba je zde 100% při T1 blížící se nule. V našem případě ale načítáme dle předchozích výpočtů 70 - 280 period, takže maximální chyba je 1/70 tj. asi 1,5% při minimální střídě odpovídající teplotám kolem -50ti stupňů (absolutní chyba 0,3 stupně). V případě poloviční střídy (teploty kolem 40 stupňů) je chyba poloviční, tedy 0,15 stupně. To za předpokladu nejnižší frekvence signálu ze snímače. Při čtyřnásobné frekvenci bude chyba čtvrtinová. Bohužel nevím jak se frekvence mění s teplotou a tak jsem ve výpočtu vycházel z nejhorší hodnoty. Rychlost vzorkování je oproti frekvenci signálu mnohonásobná, zpoždění vypnutí čítání v programu je programem kompenzováno a tak tyto chyby nemá smysl uvažovat.
Realizace
Teploměr je realizován na univerzální desce plošných spojů velikosti 100 x 65 mm dle následujícího schématu:
obr.
Seznam součástek:
početoznačenítyp / hodnota
1C1220uF 35V
2C3, C2100nF
2C5, C433nF
1C610uF 10V
1D11N4148
1IC1AT89S8252
1IC2SMT160-30-92
1IC37805
1J1napájecí konektor 2,1mm
2J2, J5zásuvka stereo jack 3,5mm
2J3, J6vidlice stereo jack 3,5mm
1J7CANNON9F + krytka
2Q1, Q2BC337
3R1, R2, R34.7k
1R4100k
1XTAL11.0592MHz
Zapojení je velmi jednoduché. IC3 spolu s C1, C2 a C3 tvoří stabilizátor pro napájení celé desky i připojeného snímače. D1 chrání obvod před přepólováním. Q1 a Q1 převádí TTL úroveň výstupního signálu na úroveň akceptovanou sériovým rozhraním RS232. Součástky XTAL, C4 a C5 tvoří oscilátor pro běh IC1. RC článek R4-C6 resetuje při zapnutí napájení mikropočítač. Zapojení má odběr proudu ze zdroje přibližně 15mA.
© 2002-2004 Zdeněk Černý