В свою чергу така простота дозволила виконати побутовий термометр максимально зручним: пристрій включає в себе два термодатчики – зовнішній та внутрішній по відношенню до кімнати, - що не ускладнило схеми через їх паралельне включення, однак дало змогу одночасно вимірювати як кімнатну температуру, так і температуру зовнішнього середовища.
2. РОЗРОБКА АПАРАТНИХ ЗАСОБІВ
2.1. Розробка структурної схеми пристрою
Цифровий термометр складається з таких основних блоків:
§ цифрового датчика температури;
§ блока керування;
§ ПЗП даних;
§ блока індикації;
§ клавіатури;
§ вторинного джерела живлення.
Зобразимо це у вигляді структурної схеми цифрового термометра та проаналізуємо функції кожного з блоків:
Рис. 1 Структурна схема цифрового термометра
В даній схемі:
- цифровий датчик температури служить для прямого перетворення температури в цифровий код. При цьому він не вимагає додаткових аналогово-цифрових перетворювачів, подаючи сигнал у цифровій формі на блок керування. Принцип дії цифрових датчиків температури фірми DALLAS заснований на підрахунку кількості імпульсів, вироблених генератором з низьким температурним коефіцієнтом у тимчасовому інтервалі, що формується генератором з великим температурним коефіцієнтом. Лічильник ініціалізується значенням, що відповідає -55°C (мінімальній вимірюваній температурі). Якщо лічильник досягає нуля перед тим, як закінчується часовий інтервал (це означає, що температура більше -55°C), то регістр температури, що також є ініціалізований значенням -55°C, інкрементується. Одночасно лічильник встановлюється новим значенням, що задається схемою формування нахилу характеристики. Ця схема потрібна для компенсації параболічної залежності частот генераторів від температури. Лічильник знову починає працювати, і якщо він знову досягає нуля, коли інтервал ще не закінчений, процес повторюється знову. Схема формування нахилу завантажує лічильник значеннями, що відповідають кількості імпульсів генератора на один градус Цельсія для кожного конкретного значення температури. По закінченню процесу перетворення регістр температури буде містити значення температури.
- блок керування реалізований як мікропроцесорний пристрій. В даній схемі МП виконує обробку інформації, що надходить від датчика температури у вигляді цифрового коду (формує адреси команд, видає команди з пам’яті, дешифрує їх, виконує над ними операції – передбачені команди, при необхідності записує результат в пам’ять, формує керуючі сигнали для обміну) із врахуванням зовнішнього сигналу від клавіатури. Дії МП керуються даними, що зберігаються в ПЗП.
- ПЗП даних – постійно-запамятовуючий пристрій – призначений для постійного зберігання програми керування мікропроцесорним пристроєм та при необхідності сукупності констант.
- блок індикації призначений для візуального відображення результатів обробки інформації блоком керування;
- клавіатура служить для корегування роботи блока керування. Використовуючи набір кнопок SEL, UP, DN, EXT (конкретні функції яких будуть розглянуті пізніше, див п.2.3), користувач формує інформативні сигнали, на які реагує МП.
- вторинне джерело живлення забезпечує цифровий датчик, блок керування та ПЗП, клавіатуру, а також блок індикації необхідним рівнем напруги.
2.2. Вибір елементної бази
2.2.1. Цифровий датчик температури Як було зазначено вище, вже на первинному етапі розробки цифрового пристрою за основу було обрано цифрові датчики компанії Dallas Semiconductor. Цей вибір є практично обґрунтованим через такі основні переваги температурних датчиків цієї фірми:
§ Пряме перетворення температури в цифровий код без застосування додаткових АЦП;
§ Можливість роботи з мережею MіcroLAN, що дозволяє приєднувати по двох проводах практично необмежену кількість датчиків;
§ Відсутність додаткових зовнішніх компонентів;
§ Заводське калібрування і корекція нелінійності;
§ Широкий діапазон вимірювання температури (-55°C .+125°C);
§ Помилка виміру температури не більш 0,5°C (крім DS1821 - 1,0°C)
§ Час перетворення температури в цифрове значення не більш 1 секунди.
Проаналізуємо параметри основних моделей датчиків компанії Dallas Semiconductor (табл. 1):
Таблиця 1
|
|
Скорочення: FT - функція термостата; ML - цифровий термометр дозволяє побудову протяжних систем дистанційного вимірювання температури шляхом об’єднання по мережі MicroLAN; Типиінтерфейсу: 3W - 3-х провідний послідовний; 2W (I2C) - 2-х провідний послідовний; 1W - 1- провідний послідовний; MicroLan - 1-провідна мережа.
Враховуючи задані початкові вимоги щодо побудови термометра, в якості внутрішнього термодатчика оберемо модель DS1820, в якості зовнішнього - DS1821.
Розглянемо особливості роботи даних термодатчиків.
DS1820 є сумісним з мережею 9-розрядним цифровим термометром. Діапазон вимірюваних температур складає -55 +125°С з кроком 0,5°С. DS1820 складається з ПЗП з унікальним ідентифікаційним номером, контролера MіcroLAN, температурного датчика і двох регістрів для збереження верхнього і нижнього порогів температури (рис.2).
Завантажити реферат