Микроконтроллерное устройство для измерения емкости и сопротивления и передачи результата измерения по радиоканалу

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости и активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин емкостными и резистивными датчиками и передачи результата измерения по радиоканалу. Микроконтроллерное устройство для измерения емкости и сопротивления и передачи результата измерения по радиоканалу содержит микроконтроллер (МК) 1, образцовый резистор 2 (Ro), емкостный датчик 3 (Сх), например, влажности воздуха, резистор 4 (измеряемое сопротивление Rx), например термосопротивление, конденсатор образцовой емкости 5 (Со), резистивный делитель, состоящий из резисторов 6 и 7, выход 8 передачи двоичного кода. Резисторы 2 и 4 первыми выводами подключены к не инвертирующему входу аналогового компаратора МК 1 и первым обкладкам емкостного датчика 3 и конденсатора 5 образцовой емкости, первые выводы резисторов 6 и 7 делителя напряжения подключены к инвертирующему входу аналогового компаратора МК 1, вторые выводы резисторов 2 и 4 подключены, соответственно, к первому и второму выходам МК 1, вторые обкладки емкостного датчика 3 и конденсатора 5 образцовой емкости подключены, соответственно, к третьему и четвертому выходам МК 1, вторые выводы резисторов 6 и 7 делителя напряжения подключены соответственно к пятому и шестому выходам МК 1, выход передачи результата измерения МК 1 подключен к входу приема двоичного кода радиомодуля 8, дискретный выход радиомодуля 8 подключен к входу управления энергосберегающим режимом МК. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости и активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин емкостными и резистивными датчиками и передачи результата измерения по радиоканалу.

Уровень техники

Известно устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее первый и второй генераторы, микроконтроллер (МК) и цифровой индикатор, во времязадающие цепи генераторов включены, соответственно, конденсаторный датчик измеряемой емкости и конденсатор образцовой емкости, времязадающие резисторы включены по известным схемам, выходы генераторов подключены к счетным входам соответствующих счетчиков МК, один из выводов МК подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к МК (см. пат. РФ №2214610, кл. G01R 27/26).

Недостатки известного решения - ограничены функциональные возможности - устройство не позволяет передавать результаты измерения емкости и сопротивления по радиоканалу.

Известно устройство для измерения емкости и диэлектрических потерь конденсаторного датчика, содержащее МК, цифровой индикатор, первый и второй генераторы, времязадающие цепи которых содержат, соответственно, конденсаторный датчик, конденсатор образцовой емкости и времязадающие резисторы, включенные по известным схемам, управляемые ключи, выходы первого и второго генераторов подключены к входам МК, выход МК подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, к выходу передачи двоичного кода МК подключен цифровой индикатор (см. пат. РФ №2258232, кл. G01R 27/26).

Недостатки известного решения - ограничены функциональные возможности - устройство не позволяет передавать результаты измерения емкости и сопротивления по радиоканалу.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым авторами за прототип является микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости и сопротивления в двоичный код, содержащий микроконтроллер, емкостный датчик, конденсатор образцовой емкости, образцовый резистор, резистор измеряемого сопротивления, резистивный делитель напряжения, выход передачи двоичного кода, причем, резисторы образцового и измеряемого сопротивления первыми выводами подключены к первым обкладкам, соответственно, емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости, первые выводы резисторов делителя напряжения подключены к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, а вторые выводы подключены соответственно к выводам питания микроконтроллера, первые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены к второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, вторые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены, соответственно, к первому и второму выходам микроконтроллера, вторые обкладки емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости подключены, соответственно, к третьему и четвертому выходам микроконтроллера (см. пат. РФ №2391677, кл. G01R 27/26).

Недостатки известного решения - ограничены функциональные возможности - устройство не позволяет передавать результаты измерения емкости и сопротивления по радиоканалу

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей, а именно измерительная информация передается по радиоканалу.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерное устройство для измерения емкости и сопротивления и передачи результата измерения по радиоканалу, содержащее микроконтроллер, емкостный датчик, конденсатор образцовой емкости, образцовый резистор и резистор измеряемого сопротивления, первый и второй резисторы делителя напряжения, выход передачи двоичного кода, резисторы образцового и измеряемого сопротивления первыми выводами подключены к первым обкладкам, соответственно, емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости, первые выводы резисторов делителя напряжения подключены к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, первые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены к второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, вторые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены, соответственно, к первому и второму выходам микроконтроллера, вторые обкладки емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости подключены, соответственно, к третьему и четвертому выходам МК, введен радиомодуль, причем вторые выводы первого и второго резисторов делителя напряжения подключены, соответственно, к пятому и шестому выходам микроконтроллера, выход передачи двоичного кода микроконтроллера подключен к входу приема двоичного кода радиомодуля, дискретный выход радиомодуля подключен к входу управления энергосберегающим режимом микроконтроллера.

Краткое описание чертежей

На рисунке 1 представлена структурная схема микроконтроллерного устройства для измерения емкости и сопротивления и передачи результата измерения по радиоканалу

Осуществление изобретения

Микроконтроллерное устройство для измерения емкости и сопротивления и передачи результата измерения по радиоканалу содержит (рисунок 1) микроконтроллер (МК) 1, образцовый резистор 2 (Ro), емкостный датчик 3 (Сх), например, влажности воздуха, резистор 4 (измеряемое сопротивление Rx), например термосопротивление, конденсатор образцовой емкости 5 (Со), резистивный делитель, состоящий из резисторов 6 и 7, выход 8 передачи двоичного кода. Резисторы 2 и 4 первыми выводами подключены к не инвертирующему входу аналогового компаратора МК 1 и первым обкладкам емкостного датчика 3 и конденсатора 5 образцовой емкости, первые выводы резисторов 6 и 7 делителя напряжения подключены к инвертирующему входу аналогового компаратора МК 1, вторые выводы резисторов 2 и 4 подключены, соответственно, к первому и второму выходам МК 1, вторые обкладки емкостного датчика 3 и конденсатора 5 образцовой емкости подключены, соответственно, к третьему и четвертому выходам МК 1, вторые выводы резисторов 6 и 7 делителя напряжения подключены, соответственно к пятому и шестому выходам МК 1, выход передачи результата измерения МК 1 подключен к входу приема двоичного кода радиомодуля 8, дискретный выход радиомодуля 8 подключен к входу управления энергосберегающим режимом МК 1.

Микроконтроллерное устройство для измерения емкости и сопротивления и передачи результата измерения по радиоканалу работает следующим образом.

Радиомодуль 8 переходит, благодаря встроенному таймеру, из спящего режима в активный и подает на вход управления энергосберегающим режимом МК1 сигнал (например, логическую 1), переводящий МК 1 из спящего режима в активный.

МК 1 выводит на пятый выход высокий уровень напряжения, на шестой выход низкий уровень напряжения, по цепи резистивного делителя 6, 7 протекает ток. На инвертирующий вход аналогового компаратора МК 1 подается с резистивного делителя 6, 7 напряжение, равное 0,63Uh, где Uh - напряжение между пятым и шестым выходами МК 1, т.е. напряжение высокого уровня (логическая 1). Для измерения емкости 3 МК отключает цепь, состоящую из резистора 4 и конденсатора 5, путем перевода второго и четвертого выходов, к которым подключена эта цепь, в высокоомное состояние. Затем, МК выводит на третий выход низкий уровень напряжения (лог. 0) и разряжает емкость 3 через резистор 2, путем вывода лог. 0 на первый выход. Через некоторое время МК 1 выводит высокий уровень напряжения (лог. 1) на первый выход и запускает внутренний, заранее обнуленный двоичный счетчик. Когда напряжение на емкостном датчике 3 достигнет уровня 0,63Uh, на выходе аналогового компаратора будет сформирована лог. 1. По этому сигналу МК 1 останавливает двоичный счетчик и сохраняет его содержимое, т.е. двоичный код N, который пропорционален постоянной времени τ=Ro·Cx. Двоичный код N определяется выражением N=τ/Т, где Т - период (длительность такта) тактового генератора МК 1, определяется Т=1/f, где f - частота тактового генератора МК 1. МК 1 определяет постоянную времени из выражения τ=T·N, а затем определяет Сх=T·N/Ro, где Ro известно.

Для измерения сопротивления резистора 4 МК 1 выполняет тот же алгоритм, что и для измерения емкости 3. Определяет Rx из выражения Rx=T·N/Co, где Со известно.

Двоичные коды результатов преобразований МК 1 передает через выход в радиомодуль 8. Радиомодуль 8 передает по радиоканалу информацию, которая принимается радиоприемником и передается, например, в компьютер, где обрабатывается и выводится на монитор в соответствующих единицах измерения, например в градусах или процентах относительной влажности воздуха. Это в том случае, когда температура контролируется с помощью резистивного датчика 4 и влажность контролируется с помощью емкостного датчика 3 (рисунок 1).

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет следующие преимущества: расширены функциональные возможности, а именно измерительная информация передается по радиоканалу, что значительно упрощает организацию систем сбора информации о контролируемых физических величинах.

Микроконтроллерное устройство для измерения емкости и сопротивления и передачи результата измерения по радиоканалу содержит микроконтроллер, емкостный датчик, конденсатор образцовой емкости, образцовый резистор и резистор измеряемого сопротивления, первый и второй резисторы делителя напряжения, выход передачи двоичного кода, резисторы образцового и измеряемого сопротивления первыми выводами подключены к первым обкладкам, соответственно, емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости, причем первые выводы резисторов делителя напряжения подключены к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, первые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены к второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, вторые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены, соответственно, к первому и второму выходам микроконтроллера, вторые обкладки емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости подключены, соответственно, к третьему и четвертому выходам МК, отличающееся тем, что в него введен радиомодуль, причем вторые выводы первого и второго резисторов делителя напряжения подключены, соответственно, к пятому и шестому выходам микроконтроллера, выход передачи двоичного кода микроконтроллера подключен к входу приема двоичного кода радиомодуля, дискретный выход радиомодуля подключен к входу управления энергосберегающим режимом микроконтроллера.