Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика

Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками.

Уровень техники

Известно устройство для измерения электрической емкости, содержащее два одновибратора, включенных по схеме кольцевого автогенератора, два интегрирующих RC-звена, подключенных к выходам соответствующих одновибраторов, блок индикации, включенный между выходами интегрирующих RC-звеньев, во времязадающие цепи одновибраторов включены конденсаторы и резисторы. На выходе устройства формируется постоянное напряжение, значение которого зависит от изменения емкости и/или сопротивления времязадающих цепей одновибраторов, которое отражается блоком индикации (см. пат. РФ №2156472, кл. G01R 27/26).

Недостатки известного решения - низкая точность, обусловленная высокой погрешностью, вносимой генераторами, параметры сигналов которых зависят от внешних факторов, например температуры.

Известно устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее первый и второй генераторы, микроконтроллер и цифровой индикатор, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторы и резисторы, один из выводов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к микроконтроллеру. На выходе устройства формируется код, который зависит от изменения емкости и/или сопротивления времязадающих цепей генераторов, (см. пат. РФ №2214610, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная погрешностью, вносимой генераторами, параметры которых зависят от внешних факторов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятой авторами за прототип является мостовая схема (мост Уитстона) для измерения сопротивления резистивных датчиков, содержащая два резистивных делителя, крайние выводы которых подключены к источнику питания, между средними выводами резистивных делителей включен измерительный прибор (см. Яковлев В. Структура измерительной системы на базе пассивных датчиков / В.Яковлев // Современные технологии автоматизации. - 2002, №1).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная нелинейностью характеристики преобразования.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности преобразования.

Технический результат достигается тем, что в измерительный преобразователь для резистивного датчика, содержащий первый и второй резистивные делители, источник питания, причем первые выводы первых резисторов первого и второго резистивных делителей подключены к минусовой клемме источника питания, первый вывод второго резистора первого резистивного делителя подключен к плюсовой клемме источника питания, введены микроконтроллер и интегрирующее звено, причем первый вывод второго резистора второго резистивного делителя подключен к выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, вторые выводы резисторов второго резистивного делителя подключены ко входу интегрирующего звена, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, второй вход аналогового компаратора подключен к вторым выводам резисторов первого резистивного делителя, клеммы источника питания подключены соответственно к выводам питания микроконтроллера.

Краткое описание чертежей

На фигуре представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя для резистивного датчика.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика содержит (см. фиг.) микроконтроллер 1, резистор 2 (R_O), резистор 3 (R_X) (он же резистивный датчик), резистор 4 (R₁) и резистор 5 (R₂), интегрирующее звено 6. Резисторы 2 и 4 первыми выводами подключены к минусовой клемме источника питания, первый вывод резистора 3 подключен к выходу широтно-импульсного модулятора (не показан) микроконтроллера 1, первый вывод резистора 5 подключен к плюсовой клемме источника питания, вторые выводы резисторов 2 и 3 подключены ко входу интегрирующего звена 6, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора (не показан) микроконтроллера 1, ко второму входу аналогового компаратора подключены вторые выводы резисторов 4 и 5.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика работает следующим образом.

К инвертирующему входу аналогового компаратора, встроенного в микроконтроллер 1, приложено напряжение U₁, снимаемое с резистивного делителя 4, 5. На делителе 2, 3 формируется напряжение, среднее значение которого определяется: U₂=U¹·k₃, где U¹ - напряжение высокого уровня (логическая единица); k₃ - коэффициент заполнения ШИМ-сигнала. Условимся считать, что U¹≈U_П. На образцовом резисторе 2 падает напряжение, которое определяется: U_O=U₂-U_X, где U_X=I_X·R_X - напряжение, падающее на резисторе 3; I_X - среднее значение тока, текущего через резистор 3, определяется: I_X=U_X/(R_X+R_O)=U_П·k₃/(R_X+R_O).

Микроконтроллер непрерывно следит за напряжением U_O. Если это напряжение станет меньше напряжения U₁, то микроконтроллер увеличивает коэффициент заполнения и проверяет выход аналогового компаратора. Как только напряжение U_O станет больше напряжения U₁, микроконтроллер уменьшает коэффициент заполнения. Таким образом, осуществляется управление напряжением U_O, а следовательно и током I_X. Изменение k_З пропорционально изменению напряжения U_X, а так как U_X пропорционально изменению сопротивления R_X, то, следовательно, коэффициент заполнения есть функция R_X, т.е. k_З=I_X·(R_X+R_O)/U_П, где I_X, R_O и U_П - величины постоянные по значению (не изменяются) и известны.

Результат преобразования - двоичный код, эквивалентный значению k_З, может быть передан по последовательному стандартному интерфейсу в устройства индикации и управления.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество: повышена точность преобразования, за счет достижения линейности характеристики преобразования.

1. Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика, содержащий первый и второй резистивные делители, источник питания, причем первые выводы первых резисторов первого и второго резистивных делителей подключены к минусовой клемме источника питания, первый вывод второго резистора первого резистивного делителя подключен к плюсовой клемме источника питания, отличающийся тем, что в него введены микроконтроллер и интегрирующее звено, причем первый вывод второго резистора второго резистивного делителя подключен к выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, вторые выводы резисторов второго резистивного делителя подключены ко входу интегрирующего звена, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, второй вход аналогового компаратора подключен к вторым выводам резисторов первого резистивного делителя, клеммы источника питания подключены соответственно к выводам питания микроконтроллера.

2. Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика по п.1, отличающийся тем, что в качестве второго резистора второго резистивного делителя включен резистивный датчик.