Управление несколькими датчиками

В некоторых системах можно обеспечить управление несколькими дат­чиками с помощью одного АЦП или цифрового входа. На Рис.5 четыре опти-ческих датчика подключены к одному входу микропроцессора.

Каж­дый светодиод имеет отдельный выход. Это может быть отдельный бит порта или отдельный регистр.

На рисунке показана 8-битная защелка ре­гистра с четырьмя используе-мыми битами, которые управляют включени­ем или выключением четырех светодиодов оптопар.

Эмиттеры всех фото­транзисторов оптопар заземлены, а коллекторы объе-динены вместе и под­ключены через общую нагрузку к +5 В. С общей коллек-торной нагрузки снимается сигнал и подается на входы микропроцессора или АЦП.

Для функционирования данной цепи светодиод каждого оптического дат-чика включается в определенный промежуток времени (мультиплекси­рование по времени), и считывается сигнал с общего вывода (если исполь­зуется АЦП, то выполняется преобразование сигнала подключенного светодиода).

После каждого считывания включается очередной светодиод. Данный принцип накладывает следующие ограничения:

• Каждый светодиод должен быть включен длительное время перед счи­ тыванием, чтобы фототранзистор перешел в установившийся режим.

• После выключения светодиода следующее считывание не должно производиться до тех пор, пока фототранзистор не выключится. Но следующий светодиод может быть включен, после того как прочитан результат. Если не производится считывания два светодиода вполне могут работать одновременно.

• Из-за собственной утечки число включенных параллельно фото­транзи-сторов должно быть ограничено.

• если на фототранзисторы падает окружающий свет, то результат счи-тывания будет недостоверным.

Во многих моделях современных микроконтроллеров АЦП присутствует в виде периферийного устройства. Как правило, АЦП реализованные в виде отдельной ИМС обладают более высокими показателями разрешающей способ-ности и быстродействия, но при этом усложняется реализация обмена данными между АЦП и вычислительным устройством (требуется использование про-граммной или аппаратной реализации последовательного или параллельного интерфейсов обмена данными).Для измерения температуры с заданной точностью вполне достаточно интегрированного АЦП. Поэтому наличие АЦП будет являться одним из критериев выбора микроконтроллера управляющего устройства (Рис 5).

Рис. 5 Несколько оптронов с общим выходом

При работе микроконтроллера с датчиками, имеющими механические или электромеханические контакты (кнопки, клавиши, реле, клавиатуры и т.д.), возникает явление, называемое дребезгом контактов.

Оно заключается в том, что при замыкании контактов происходит их от-скок, под действием сил упругости, обратное соединение, повторный отскок и т.д. Это приводит к переходному процессу, при котором сигнал с контакта может быть прочитан как случайная последовательность нулей и единиц (рис.6).

Подавить это нежелательное явление можно аппаратными либо программными способами.

Рис. 6. К пояснению эффекта дребезга контактов

Аппаратные способы заключаются в использовании схемы одновибратора (рис. 7, а), или фильтра нижних частот (рис.7, б) для сглаживания пульсаций, следующих с периодом меньшим, чем постоянная времени фильтра (RC-цепочки)

.

Рис. 7. Способы аппаратного подавления дребезга контактов

Среди программных способов наибольшее распространение получили два:

1) подсчет заданного числа совпадающих значений сигнала;

2) временная задержка.

Суть первого способа заключается в многократном считывании сигнала с контакта. Подсчет удачных опросов (т.е. опросов, обнаруживших, что кон-такт замкнут) ведется программным счетчиком. Если после серии удачных опросов встречается неудачный, то подсчет начинается сначала. Контакт считается устойчиво замкнутым (дребезг устранен), если последовало N удачных опросов. Число N подбирается экспериментально для каждого типа используемых датчиков и лежит в пределах от 10 до 100.

Устранение дребезга контактов путем введения временной задержки заключается в том, что программа, обнаружив замыкание контакта, запреща-ет опрос состояния этого контакта на время, заведомо большее длительности переходного процесса.

Время задержки подбирается экспериментально для каждого типа дат-чиков в пределах 1…20 мс и реализуется обычно с помощью одного из таймеров\счетчиков.

Для системы терморегулирования остановимся на способе подавления дребезга контактов с использованием RC-цепочки, так как он требует минимальных аппаратных затрат и не усложняет программной реализации процедур обработки нажатия клавиш.

Электрическая принципиальная схема подключения клавиатуры к микро-контроллеру приведена на рис. 8.

Рис. 8 Схема подключения клавиатуры к микроконтроллеру управляющего устройства

Выбор микроконтроллера системы регулирования температуры. В качестве микроконтроллера системы регулирования может быть использован один из 8-битных микроконтроллеров, широко применяемых в настоящее время для решения подобного рода задач.

Выбор микроконтроллера для реализации управляющих функций систе-мы регулирования является вопросом неоднозначным, имеющим несколько вариантов решения.

Основными характеристиками, которые при этом принимаются во вни-мание, являются:

• производительность, MIPS (MIPS – Million Instruсtions per

Second – миллион инструкций в секунду);

• количество линий ввода/вывода;

• состав периферийных блоков;

• тактовая частота, MГц;

• энергопотребление, мВт/МГц;

• цена.

Пример выполнения схемы терморегулирования на оптронах (рис.9)

Рис. 9. Схема подключения оптронов

Для увеличения динамического диапазона сигнала температурных датчи-ков системы терморегулирования в каждом канале измерения использованы масштабирующие усилители (рис.10).

Рис. 10 Схема входного усилителя терморегулятора

Для усиления малых дифференциальных сигналов (сигналы с выхода термо-пар), к которым могут быть примешаны большие синфазные помехи приме-няются инструментальные усилители

3. Ответил на контрольные вопросы

1. Что такое дребезг контактов?

При работе микроконтроллера с датчиками, имеющими механические или электромеханические контакты (кнопки, клавиши, реле, клавиатуры и т.д.), возникает явление, называемое дребезгом контактов.

2. Какие способы применяют для подавления дребезга контактов?

Среди программных способов наибольшее распространение получили два:

1) подсчет заданного числа совпадающих значений сигнала;

2) временная задержка.

3. В каких случаях и для чего применяются масштабируемые усилители ?

Для увеличения динамического диапазона сигнала температурных датчиков системы терморегулирования в каждом канале измерения использованы масштабирующие усилители

4. Какой тип АЦП лучше применять в схемах терморегулирования?

оптронов с общим выходом

5. Перечислите критерии выбора для микроконтроллера, реализующего функции управления в системах регулирования?

-производительность, MIPS (MIPS – Million Instruсtions per

-Second – миллион инструкций в секунду);

-количество линий ввода/вывода;

-состав периферийных блоков;

-тактовая частота, MГц;

4.Сделал выводы.

1) Если говорить высоким стилем, то датчики создают «окно», сквозь ко­торое микропроцессорные системы наблюдают за внешним миром. В этой рабрте рассматриваются различные типы датчиков, их применение и воз­можность сопряжения с микропроцессорами.

2) Температурные датчики

Такую характеристику внешней среды, как температура приходится из­мерять довольно часто.

Ход многих производственных процессов, от вы­плавки стали до производства полупроводников, зависит от температуры.

Некоторые электронные приборы нуждаются в измерении собственной температуры:

• персональные компьютеры, например, отслеживают темпе­ратуру процессоров,

• контроллеры двигателей должны знать температуру ИС драйверов и т. д

• мы, тоже измеряем температуру своего тела...

Во всех перечисленных примерах температуру измеряют температурные датчики.

3) Резистивный температурный датчик (РТД) относится к металлическим термометрам сопротивления и представляет собой просто кусок металли­-ческой проволоки, изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры.

4) Оптические датчики

В качестве оптического датчика чаще всего выступает оптопара свето-диод-фотоприемник, называемая также оптроном.

Выпускаются оптроны с закрытым (optoisolator) оптическим каналом (в монолитном микросхем­ном исполнении) и открытым оптическим каналом (щелевые и отража­тельные оптроны).