Мікропроцесорна метеостанція

Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Інститут автоматики,електроніки та комп’ютерних систем управління
Факультет автоматики такомп’ютерних систем управлінняКафедра метрології та промислової автоматикиКУРСОВИЙ ПРОЕКТ
з дисципліни“Інформаційно-вимірювальні системи”
МІКРОПРОЦЕСОРНА МЕТЕОСТАНЦІЯ

Керівник Кулаков П. І.
Студент гр. 1АМ-01 Балтак К. В.
Вінниця 2006

Зміст
Анотація
Вступ
1. Техніко-економічне обґрунтуваннядоцільності розробки
2. Обґрунтування і розробкаструктурної схеми приладу
3. Розробка електричної принциповоїсхеми мікропроцесорної метеостанції
3.1 Вибір мікро контролера
3.2 Вибір перетворювача рівня сигналу
3.3 Аналого-цифровий перетворювачАD1674
3.4 Датчик відносної вологості МодельRL-1HS100
3.5 Датчик атмосферного тиску. МодельRL1APS115
3.6 Датчик температури. Модель LM94021
3.7 Розробка електричної принципової схемимікропроцесорної метеостанції
4. Електричні розрахункинайголовніших вузлів електричної принципової схеми
5. Алгоритмічне забезпечення
6. Метрологічні характеристики
Висновки
Література
Додатки
Додаток А (обов’язковий). Мікропроцесорна метеостанція. Перелік елементів

Анотація
В даномукурсовому проекті спроектована мікропроцесорна метеостанція її електрична,структурна схема. В проекті проводяться розрахунки основних елементівелектричної принципової схеми. В додатках наведена електрична принципова схемаприладу та перелік всіх її елементів.
Вступ
Інформаційно-вимірювальні системи – цесукупність апаратних, програмних та інших засобів, призначених для отримання іобробки вимірювальної інформації, керування потоками інформації, їїперетворення та представлення у необхідному для користувача вигляді.
Інформаційно-вимірювальні системи, як правило,входить до складу системи автоматичного керування процесом і не здійснюєкерування процесом. Задачі керування покладені на системи автоматичногокерування.
Інформаційно-вимірювальні системи поділяютьсяна чотири групи:
- вимірювальні системи – цесистеми, призначені для отримання, обробки та представлення у необхідномувигляді вимірювальної інформації;
- системи технічноїдіагностики – такі системи, які призначені для знаходження місця і причинивиникнення несправності об’єкту;
- системи розпізнаванняобразів – такі системи, які встановлюють належність об’єкту до заданого класу;
- системи контролю –системи, які визначають відповідає об’єкт заданим нормам чи не відповідає.
В даному курсовому проекті проведено загальнийогляд можливих реалізацій структурних схем мікропроцесорної метеостанція,визначено їх основні характеристики та недоліки. З трьох схем обрано ту, якабільше підходила встановленим вимогам. На основі обраної структурної схеми розробленаелектрична принципова схема приладу.

1. Техніко-економічне обґрунтування доцільності розробки
В даному курсовому проекті розробляєтьсяструктурна схема мікропроцесорної метеостанція. Розглянемо для порівняння три варіантаструктурних схем, коротко охарактеризуємо і розглянемо основні характеристики роботисистема та оберемо основну структурну схему, з якою будемо працювати і надалі.
Для вибору однієї із наведених нижчеструктурних схем, важливим елементом являється те, що користувач хоче отриматив результаті від системи, тобто який параметр буде найбільш важливим для роботи.
Розглянемо першу структурну схему, якаприведена на рисунку 1.
/>
Рисунок 1 – Перший варіант структурної схеми. Умовніпозначення: /> — датчик температури; /> — датчик тиску; /> — датчик вологості; /> - АЦП; БГР- блок гальванічноїрозв’язки; MX– мультиплексор; MCU – мікроконтролер; />інтерфейс; PC – персональний комп’ютер.
Принцип дії полягає в наступному:
Три датчика вимірюють свої фізичні величини.На виході яких після вимірювання утворюється аналогова величина, яка подаєтьсяна відповідний АЦП. Яка перетворює аналогову величину в цифровий код. Після цьогоцей код проходить через гальванічну розв’язку, мультиплексор і поступає на мікроконтролер.А потім через інтерфейс на ПК.
Таким чином, структурна схема № 2 матиме наступний вигляд.
/>
Рисунок 1.1 – Другий варіантструктурної схеми.  Умовні позначення: />-датчик температури; /> — датчик тиску; /> — датчик вологості; /> - АЦП; /> — перетворювач струму внапругу; MX– мультиплексор; MCU – мікроконтролер; />інтерфейс;PC – персональний комп’ютер.
Принцип дії полягає в наступному:
Три датчика вимірюють свої фізичні величини.На виході яких після вимірювання утворюється аналогова величина, яка подаєтьсяна перетворювач роду величини. Після цього цей код проходить через мультиплексорі поступає на АЦП. Який перетворює аналогову величину в цифровий код. А потімчерез мікроконтролер, інтерфейс на ПК.
Таким чином, структурна схема № 3 матиме наступний вигляд

/>
Рисунок 1.2 – Третій варіантструктурної схеми. Умовні позначення: />-датчик температури; /> — датчик тиску; /> — датчик вологості; /> - АЦП; MX– мультиплексор; MCU– мікроконтролер; />інтерфейс; PC –персональний комп’ютер.
Принцип роботи схожий з принципом роботипопередніх схем. Три датчика вимірюють свої фізичні величини. На виході якихпісля вимірювання утворюється аналогова величина, яка подається черезмультирлексор на АЦП. Яка перетворює аналогову величину в цифровий код. Після цьогоцей код проходить на мікроконтролер. А потім через інтерфейс на ПК.
Так як дана система буде використовуватись у високоточних експериментах,то найбільш важливим параметром являється точність виміряних показань тапростота реалізації вимірювальної системи. Для того, щоб порівняти наведеніструктурні схеми, якій перерахуємо основні параметри системи. Для цьогопобудуємо таблицю 1.
Таблиця 1 – Порівнянняструктурних схемПараметри Схема №1 Схема № 2 Схема № 3 Ідеальна схема Швидкодія 1 1 1 Надійність 1 1 1 Простота реалізації 1 1 1 Собівартість 1 1 Точність показань 1 1 Σ 1 3 4 5

Обчислимоузагальнений коефіцієнт якості, який знаходиться за наступною формулою:
/>. (1.1)
Узагальненийкритерій якості першої схеми:
/>.
Узагальненийкритерій якості другої схеми:
/>.
Узагальненийкритерій якості третьої схеми:
/>.
Як бачимо,критерій якості третьої схеми більший, ніж для інших структурних схем. Виходячиз цих розрахунків можна зробити висновок, що для поставленої нами задачі більшепідходить структурна схема, представлена на рисунку 1.2.
Отже, мизапропонували оптимальний варіант структурної. Використаємо цю схему дляпобудови електричної принципової схеми системи, що розробляється. [1]

2.Обґрунтування і розробка структурної схеми приладу
Підхід до вибору блоків, з яких складаєтьсяструктурна схема здійснювався на основі сучасних, модернізованих та ефективнихмікроелектронних компонентів.
/>
Рисунок 2 – структурна схема
Структурна схема представлена на рисунку 2,за рішенням першого пункту є актуальна і складається з таких блоків:
/>
Блок 1,2,3
— датчик температури, призначений длявимірювання температури повітря
— датчик тиску, призначений для вимірювання
тиску повітря
— датчик вологості, призначений длявимірювання вологості повітря
/>
Блок 4, 5
— мультиплексор,призначений для керування потоками даних для вибору каналу за якими проводитьсявимірювання та інших задач пов’язаних с керуванням потоками інформації.
— АЦП,призначений для перетворення відхідної безперервної величини в якій міститьсявимірювальна інформація у цифровий код, який теж містить цю інформацію.
/>
Блок 6
-Мікроконтролер,призначений для обробки вимірювальної інформації, яка переставлена у цифровомувигляді, керування потоками інформації, забезпечення обміну даними між окремимичастинами ІВС та зовнішніми пристроями.
/>
Блок 7
— Інтерфейс,призначений для обміну даними між зовнішніми пристроями.
/>
Блок 8
- Персональнийкомп’ютер .
Три датчика вимірюють свої фізичні величини.На виході яких після вимірювання утворюється аналогова величина, яка подаєтьсячерез мультирлексор на АЦП. Який перетворює аналогову величину в цифровий код.Після цього цей код поступає на мікроконтролер. А потім через інтерфейс на ПК.[2]

3. Розробка електричної принципової схеми мікропроцесорної метеостанції3.1 Вибір мікро контролера
Для реалізації задач дипломного проектувикористовується 8-розрядний мікроконтролер фірми Atmel серії AT90S8515.
КМОН мікроконтролери AT90S8515 реалізовані по AVR RISCархітектурі (Гарвардська архітектура з роздільною пам'яттю і роздільними шинамидля пам'яті програм і даних). Виконуючи команди за один тактовий цикл, приладизабезпечують продуктивність, що наближається до 1 MIPS/МГЦ.
AVR ядро об'єднує потужну систему команд з 328-розрядними регістрами загального призначення і конвеєрне звернення до пам'ятіпрограм. Шість з 32 регістрів можуть використовуватися як три 16-розряднихрегістра-покажчика при побічній адресації простору пам'яті. Виконання відноснихпереходів і команд виклику реалізується з прямою адресацією всього обсягу (4К)адресного простору. Адреси периферійних функцій містяться в просторі пам'ятівводу/виводу. Архітектура ефективно підтримує як мови високого рівня, так іпрограми на мовах асемблера.
Мікроконтролеримістять: 4 Кбайт програмованого Flash, 128 байт СОЗП і 256 байт програмованогоЕСППЗП, 20 ліній вводу/виводу загального призначення, 32 регістри загальногопризначення, два таймера/лічильника з режимом захоплення і порівняння,6-канальний 10-розрядний аналого-цифровий перетворювач, систему внутрішніх ізовнішніх переривань, програмований послідовний UART, програмований сторожовийтаймер з внутрішнім генератором, послідовний порт з інтерфейсом SPI. Програмноуправляються два режими енергозбереження. В пасивному режимі (idle) ЦПУзупиняється, але СОЗУ, таймери/лічильники, порт SPI, сторожовий, таймер і система перериваньзалишаються активними. В стоповому режимі (power down) зупиняється тактовийгенератор і, отже зупиняються всі функції, доки не надійде сигнал зовнішньогопереривання або апаратного скидання, але зберігається вміст регістрів.
Вбудована Flash пам'ять програм можеперепрограмовуватися безпосередньо в системі шляхом інтерфейсу SPI (впослідовному низьковольтному режимі) або програмуватися стандартнимипрограматорами енергонезалежної пам'яті (в 12-вольтовому паралельному режимі).
Максимальне споживання приладів в активному режимі складає 3.0 мА і впасивному режимі 1.2 мА (при VCC =3 В і f = 4 МГЦ). В стоповому режимі,при працюючому сторожовому таймері, мікроконтролер споживає 15 мкА.
Об'єднання на одному кристалі вдосконаленого8-розрядного RISC ЦПУ з Flash ПЗУ, яка завантажується дозволило фірмі створитипотужний мікроконтролер, що забезпечує високу гнучкість і економічність ввикористанні приладу в якості вбудованого контролера.
Port B (PB5… PB0) 6-розрядний двонаправлений порт I/O із вбудованиминавантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втікаючий струм 20мА. При використанні виводів порта в якості входів і установці зовнішнімсигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованихнавантажувальних резисторах. Порт B використовується також при реалізаціїрізноманітних спеціальних функцій.
Port C (PC5… PC0) 6-розрядний двунаправлений порт I/O із вбудованиминавантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втікаючий струм 20мА. При використанні виводів порта в якості входів і установці зовнішнімсигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованихнавантажувальних резисторах. Входи порта використовуються також як аналоговівходи аналого-цифрового перетворювача.
Port D (PD7… PD0) 8-розрядний двунаправлений порт I/O із вбудованиминавантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втікаючий струм 20мА.
При використанні виводів порта в якості входів і установці зовнішнім сигналомв низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованихнавантажувальних резисторах. Порт D використовується також при реалізаціїрізноманітних спеціальних функцій.
RESET Вхід скидання. Для виконання скидання необхідно утримувати низькийрівень на вході протягом двох машинних циклів.
XTAL1 Вхід інвертуючого підсилювача генератора і вхід схеми вбудованогогенератора тактової частоти.
XTAL2 Вихід інвертуючого підсилювача генератора.
AVCC Напруга живлення аналого-цифрового перетворювача. Виводи під’єднуєтьсядо зовнішнього VCC через низькочастотний фільтр.
AREF Вхід аналогової напруги порівняння для аналого-цифровогоперетворювача. На цей вивід, для забезпечення роботи аналого-цифровогоперетворювача, подається напруга в діапазоні між AGND і AVCC.
AGND Цей вивід повинен бути під’єднаний до окремої аналогової землі, якщоплата оснащена нею. В іншому випадку вивід від’єднується до загальної землі.
МікроконтролерАТ90S8515 має такі технічні характеристики:
- діапазоннапруги живлення: від 2,7 до 6,0 В;
- діапазонтактової частоти: від 0 до 4 МГц;
- діапазонроботи АЦП: від 0 до 6 В;
- часперетворення АЦП: 70...280 мс;
- класточності 0,05 .[3]

3.2 Вибірперетворювача рівня сигналу
За стандартноюлогікою одиниця представляється рівнем напруги від 2,4 до 5 В, а нуль – від 0до 0,8 В. Проте, при передачі по каналу RS-232 нуль та одиниця кодуютьсяоднаковими за величиною(від 5 до 12 В), але різними за знаком сигналами. Так якдля передач по RS-232 стандартні логічні сигнали повинні бути перетворені всигнали другого рівня, необхідно передбачити у схемі відповідні засобиперетворення. Десять років тому, для цієї мети використовувались спеціальнікаскади з трьох-чотирьох транзисторів, пари діодів і майже десятка резисторів.Зараз ситуація значно змінилась: провідні виробники мікросхем повністюзавершенні перетворювачі, які потребують мінімальної кількості додатковихелементів. До них відносяться МАХ202Е від МАХІМ і повністю їй ідентична AD232від Analog Devices. Всередині обидві мікросхеми містять перетворювач напруги +5В у ±10 В ікаскади, що здійснюють перетворення логічних сигналів стандартного рівня усигнали рівня по стандарту RS-232. Кожна з цих мікросхем містить перетворювачілогічного рівня для двох приймачів та двох передавачів. Кожна із перерахованихвище мікросхем містить перетворювачі логічного рівня для двох приймачів і двохпередавачів. Ми використаємо мікросхему AD232 і тільки один їїприймально-передавальний канал
/>
Рисунок 3 – Схемавключення послідовного інтерфейсу RS232

Швидкість обмінуінформацією може бути вибрана в межах: від 9600 бот до 115200 бот. Оскільки мікроконтролер при різних швидкостях і опорних частотах має різні помилки передачі,то при опорній частоті 4 МГц, яка використовується, ця помилка буде мінімальноюпри швидкості 19200 бот. Саме тому буде використовуватися така швидкість. Вонає достатньою для обміну інформацією між мікроконтролером і комп’ютером, а такождозволяє використовувати старі комп’ютери 386 типу.
Технічніхарактеристики послідовного інтерфейсу ADM232LIN:
- діапазонвхідної напруги низького рівня: від 0 до 0,8 В;
- діапазонвхідної напруги високого рівня: від 2,4 до 5 В;
- часустановки вихідної напруги: 4 μс;
- діапазонвихідної напруги: ± 10 В;
- швидкістьпередачі даних: 19200 бот;
- максимальнапомилка при передачі: 0,2 % [4].
Живлення всіхелементів має бути стабільним, щоб уникнути збоїв у роботі системи. Длязабезпечення високої стабільності використаємо джерело опорної напруги.Найкращими джерелами, які випускаються в теперішній час є: REF-02, AD586,AD780, LM113, TL431. Одним з найкращих джерел опорної напруги є мікросхема AD780. Схема підключення опорного джерелаживлення. />AD780 показана на рисунку 3.1 [4].
/>
Рисунок 3.1 –Схема включення опорного джерела живлення
Джерело опорноїнапруги AD780 має такі технічні характеристики:
- відхиленнянапруги від опорного значення: ± 0,02 В;
- струмспоживання 2 μА;
- діапазонструму навантаження: від 0 до 10 mА;
- температурнийкоефіцієнт вихідної напруги: 10-5/ ºС [5].
Для того щоб вхідний сигналякомога менше спотворити, при його проходженні через резистори, які будемовикористовуватися для ділення напруги та схем включення мікроелементів – будутьпрецензійними.
3.3Аналого-цифровий перетворювач АD1674
Характеристики:
- Монолітний12 бітний 10 мс АЦП зі схемою вибірки ;
- Вбудованийпристрій вибіраки-зберігання ;
- Цоколевка,що відповідає промисловому стандартові ;
- 8 і 16бітний мікропроцесорний інтерфейс ;
- Визначеніі перевірені статичні і динамічні характеристики ;
- Уніполярнийі біполярний входи ;
- Діапазонивхідного сигналу ±5 В, ±10 В, 0 В — 10 В и 0 В — 20 В ;
- Комерційні,індустріальні і військовий температурні діапазони ;
- MІ-STD-883і SMD корпусні виконання ;
AD 1674 — багатоцільовий 12 бітний аналого-цифровий перетворювач, що містить Вбудованіпристрій вибіраки-зберігання (ПВЗ), 10 В джерело опорної напруги (ДНО), буфертактових імпульсів і вихідний буфер із трьома станами для зв'язку змікроконтролером. AD1674 сполучимо по висновках зі стандартними промисловимиприладами AD574A і AD674A, але містить Вбудоване ПВЗ і має велику швидкістьперетворення. Вбудоване ПВЗ має широку смугу пропущення, що забезпечує 12 бітнеперетворення у всій смузі Найквиста.
Для AD1674 цілкомвизначені динамічні характеристики (відношення сигнал/ шум — S / (N+D), THD, іІMD) і статичні характеристики (зсув, абсолютна помилка і т.д.). Ці статичні ідинамічні характеристики AD1674 роблять його ідеальним для використання впристроях обробки сигналів і виміру постійного струму.
AD1674виготовлений за унікальною технологією BіMOS ІІ компанії Analog Devіces, щодозволяє сполучити висока якість і швидкодія біполярної технології з малимспоживанням КМОП технології.
Приладвипускається в п'ятьох різних температурних виконаннях. AD1674J і До виконанняпризначені для роботи в температурному діапазоні від 0°С до +70°С; А и Ввиконання призначені для роботи в індустріальному температурному діапазоні від- 40 °С до +85°С; AD1674T виконання призначене для роботи в розширеномутемпературному діапазоні від -55°С до +125°С. J і До виконання виробляються в28 вивідних пластикових корпусах DІ і SOІ. А й У виконання випускаються в 28вивідних герметичних керамічних корпусах DІ і 28 вивідних корпусах SOІ. Tвиконання випускається в 28 вивідному герметичному корпусі DІ.[6]
3.4 Датчиквідносної вологості Модель RL-1HS100
Датчик відносноївологості RL-1HS100 побудований на основі сенсорного елемента HІН-3610-002фірми Honeywell, виготовленою у виді інтегральної схеми. Сенсор використовуєпланерний ємнісний полімерний елемент, чуттєвий до вологості повітря. Другийшар полімеру захищає сенсор від бруду, пилу, жиру й інших шкідливих факторівнавколишнього середовища. Датчик має калібрований лінеаризований вихід.
Областьзастосування:
- теплиці;
- холодильники;
- сушарки;
- метеорологія;
Основнівластивості:
- похибка ±2% RH;
- діапазонвиміру 0-100 % RH;
- лінійність± 0.5% RH;
- гістерезис± 1.2% RH;
- відтворюваність+ 0.5% RH;
- постійначасу 15 сек. ;
- стабільність± 1 % RH за 5 років;
- температурнийдіапазон -40 /> to 85 />.
Датчик вологості складаєтьсяз інтегрального чуттєвого елемента (сенсора), що живиться від вбудованогостабілізатора напруги, і повторювача напруги який необхідний для ослабленняелектромагнітних перешкод, виключення впливу опору навантаження і сполучноїлінії на результати вимірів.
Датчики вологостікалібрують виготовлювачем, у зв'язку з чим кожен датчик вологості маєіндивідуальні калібровані коефіцієнти. Ці коефіцієнти заносяться в каліброванийфайл пристрою введення інформації типу RL. При цьому відносна вологістьвизначається по формулі:
RH=(a1+a2*Vout)*100%, (3.1)
де: RH — відноснавологість повітря в %; а1 і а2 — калібровані коефіцієнти; Vout — вихіднанапруга датчика.[7]
3.5 Датчикатмосферного тиску. Модель RL-1APS115
Датчикатмосферного тиску RL-1APS115 побудований на основі сенсорного елементаМРХА4115A6LJ фірми Motorola, виконаного у виді інтегральної схеми. Датчик маєкалібрований лінеаризованный вихід.
Областьзастосування :
- метеорологія;
- барокамери;
- теплиці ;
Основнівластивості :
- похибка±1.5% ;
- діапазонвиміру 15-115 кПа ;
- часувстановлення 0,02 сек. ;
- температурнийдіапазон -40 °С to 85 °С.
Датчикатмосферного тиску складається з інтегрального чуттєвого елемента (сенсора), щоживиться від вбудованого стабілізатора напруги, і повторювача напруги якийнеобхідний для ослаблення електромагнітних перешкод, виключення впливу опорунавантаження і сполучної лінії на результати вимірів. Датчики атмосферноготиску калібрують виготовлювачем, при цьому атмосферний тиск визначається поформулі
Р=а1 + a2*Vout, (3.2)
де: Р — атмосферний тиск у кПа. а1 і а2 — калібровані коефіцієнти.
а1=10,6, а2=21,8.Vout — вихідна напруга датчика.
Каліброванікоефіцієнти вказуються для кожного датчика на зворотній стороні його корпуса. Датчиктиску підключають до одному з пристроїв введення аналогових сигналів RL-8AІ,RL-88АС, RL-40AІ або RL-32RTD. Після підключення датчика й експортукаліброваного файлу. У програму відображення даних RLDataVіew на екранімонітора комп'ютера будується графік залежності тиску від часу, що обновляєтьсяв міру надходження даних. Дані можуть бути збережені у файлі, роздруковані абоекспортовані в іншу програму, як, наприклад, MS Excel.
Граничні режими :
- Атмосфернийтиск400 кПа ;
- Температуразбереження+5...+40 °С ;
- Напруга живлення+22В ;
- Відноснавологість, не більш… 100% ;
- Тікнавантаження5 мА. [7]
3.6 Датчиктемператури. Модель LM94022
Компанія NatіonalSemі-conductor представила перші аналогові датчики температури, що здатніпрацювати при напругі живлення 1,5 В и характеризуються можливістю виборукоефіцієнта передачі. Дані особливості дозволяють поліпшити експлуатаційніхарактеристики пристроїв температурного контролю і керування з низьковольтним живленям.LM94021 і LM94022 підтримують чотири обираних користувачі коефіцієнта передачіі контролюють температуру в діапазоні -50°С...+ 150°С. Широкий діапазонконтрольованих температур, гнучкість і економічність роблять дані датчикичудовим вибором для низьковольтних систем з батарейним живленям, таких, якстільникові телефони, персональні цифрові пристрої, Мрз-плееры і цифровікамери.
LM94021 і LM94022- прецизійні аналогові датчики температури, виконані за технологією КМОП іздатні працювати від джерела харчування напругою 1,5...5,5 В. Вихідна напругацих датчиків назад пропорційно обмірюваній температурі для досягнення більшвисокої чутливості при підвищених температурах.
Користувачампропонується вибрати один з чотирьох коефіцієнтів передачі:
 -5,5 мВ/ />, -8,2 мВ//>, -10,9 мВ//>, -13,6 мВ//>.
LM94021 і LM94022характеризуються малим споживаним струмом: 9 мкА і 5,4 мкА, відповідно. Данідатчики випускаються у мініатюрному корпусі SC70, а посадкове місце сумісне зістандартним датчиком температури LM20.
Відмінні риси:
- Роботапри напрузі живлення 1,5 В ;
- Двотактнийвихід з навантажувальною здатністю 50 мкА (LM9402);
- Чотириобираємих користувачем коефіцієнти передачі ;
- Високаточність контролю в широкому температурному діапазоні 50/>……+150 /> ;
- Малийспоживаний струм ;
- Захиствиходу від короткого замикання ;
- мініатюрнийкорпус SC70 ;
- Сумісністьпосадкового місця зі стандартним датчиком температури LM20 ;
Основніхарактеристики:
- Напругаживлення 1,5-5.5 В ;
- Споживанийструм 9 мкА (типове значення) ;
- Навантажувальназдатність ±50 мкА ;
- Точністьконтролю температури:
±1,5/>(20/> — 40/>) ;
±1,8 /> (-50/>...70/>) ;
±2,1/> (-50/> — 90/>) ;
 ±2,7/> (-50/> — 150/>) ;
- Робітниктемпературний діапазон: -50/>-150/> ;
Областізастосування:
-  телефони;
- Радіочастотніпередавачі ;
- Керуваннябатарейним джерелом ;
- Автомобільнаелектроніка ;
- Драйверидисків ;
- Ігровіпристрої ;
- Побутовіприлади. [7]

3.7 Розробкаелектричної принципової схеми мікропроцесорної метеостанції
Поєднавши перераховані вище компоненти схеми,розроблена електрична функціональна схема приладу, представлена в додатку А.Працює вона таким чином.
Три датчики, які показані на схемі трьомарозйомами XS1, XS2, XS3. Проводять вимірювання трьох фізичних величин таких яквідносна вологість, атмосферний тиск і температура. Вихідний сигнал цих датчиківаналогова величина, яка поступає через аналоговий мультиплексор на 12 розряднийАЦП АD1674, який перетворює аналогову величину в цифровий код. Після цього цейцифровий код поступає на мікроконтролер AT90S8515. Після цього на портиперсонального комп’ютера, які показані на схемі розйомами XS4. Сигнал між мікроконтролеромAT90S8515 і персонального комп’ютером передається через інтерфейс RS-232. Якийскладається з гальванічної розв’язки і перетворювача рівнів MAX232. Гальванічнарозв’язка побудована на основі двох оптронів 4N35 і мікросхеми МС7805.

4. Електричнірозрахунки найголовніших вузлів електричної принципової схеми
Здійснимо електричний розрахунок елементівпринципової схеми мікропроцесорної метеостанції
 Розрахуємозначення резисторів /> за формулою:
/>, (4.1)
де /> - мінімальне значеннянапруги для рівня логічної одиниці. /> — спаднапруги на світлодіоді. /> — струм насвітлодіоді.
Підставившизначення, отримаємо:
/> (kОм)
Розрахуємозначення резисторів /> за формулою:
/>. (4.2)
З документації наоптрон 4N32 визначаємо струм />, />. Отже IC= IE=100/>, UE=0.5B.
Підставившизначення, отримаємо:
/> (Ом)
Розрахуємозначення резисторів /> за формулою:
/>, (4.3)
де /> — вихідна напруга мікросхемиMC7805
Підставившизначення, отримаємо:
/> (Ом)
Оберемо значення резисторів/> кОм.
З документації на мікросхему AD780 визначаємономінали конденсаторів С2, С1. Отже, обираємоконденсатори С2 =С1= 100/> .
До портів мікроконтролера ХТAL1 та ХТAL2під’єднано конденсатори /> та />, між якими розташованийкварцовий резонатор ZQ, призначений для того, щоб задавати такт роботимікроконтролера. Його частота f=1 МГц. Візьмемо /> пФ.
З документації на мікросхему MAX232 визначаємономінали конденсаторів С9, С10, С11, С12. Отже, обираємо конденсатори С9= С10= С11= С12=1/> .
З документації на мікросхему MC7805 визначаємономінали конденсаторів С5, С6, С7, С8.Отже, обираємо конденсатори С5= С6=С7=С8=220/>
Обираємо діодиVD1,VD2. VD1,VD2 — діоди напівпровідниковіімпульсні 1N4148 Мають такі характеристики, які наведені в таблиці 2, 3 [9]
Таблиця 2.Максимальні параметри експлуатації 1N4148Вимірюваний параметр Од. вим. Значення
Постійна зворотна напруга, UR В 75
Імпульсна зворотна напруга, URM В 100
Температура збереження, Тstg °C  від –65 до +200 Робоча температура навколишнього середовища °C  від –65 до +150
Таблиця 3,. Електричніпараметри 1N4148Вимірюваний параметр Режим виміру Значення Мін. Макс.
Пряма напруга, UF1, В
IF1=10 мА 1,0
Зворотний струм, IR1, мкА
UR1=75 В   5
Зворотний струм, IR2, мкА
UR1=20 В
Tamb = 25-5°C   0.025
Зворотна пробивна напруга, UBR, В
IR=100 мкА 100  
Заряд відновлення, Qr. пКл
IF=10 мА
 UR=10 В   200
Ємність, Ctot, пФ
UR=0 В
 f=1MHz 4

5. Алгоритмічне забезпечення
В наведеній в додатку А електричноїпринципової схеми мікропроцесорної метеостанції живлення мікросхеми MAX232 перетворювачарівнів та відповідна частина оптронів живиться від послідовного порта. Живленняреалізоване наступним чином сигнал RTS, DTR програмно встановлюються а рівень‘0’. Згідно з специфікацією на RS-232 навантажувальна здатність RTS, DTR складає15мА. Ці сигнали з’єднуються за схемою “або” за допомогою двох діодів VD1, VD2.Відповідно навантажувальна здатність двох сигналів скл. 30мА. Через R7напруга поступає на вхід лінійного стабілізатора напруги MС7805. На виходіякого формується напруга 5В. Яка використовується для живлення перетворювачарівнів MAX232 (DD6), та транзисторного каскаду оптрона (DD5). Таким чиномзабезпечується незалежність кіл живлення процесора та перетворювача рівнів. ОптрониDD4, DD5 призначенні для забезпечення гальванічної розв’язки сигнальних кіл.Персональний комп’ютер формує сигнал RxD. Цей сигнал поступає на перетворювачрівнів (DD4). На виході якого утворюється сигнал, який подається на струмозадаючийрезистор R4. Цей струм засвічує світлодіод оптрона DD5. Відповіднона виході емітерного повторювача, який реалізований на транзисторі оптрона DD5та резисторів R5, R6, формується сигнал ідентичнийсигналу RxD на виході порта. Цей сигнал поступає на RxD мікроконтролера. Мікроконтролер(DD3) формує сигнал який відповідає адресі відповідного ключа мультиплексора(DD1). В цей момент АЦП (DD2) формує сигнал готовності STS. Мікроконтролер(DD3) формує сигнал запуску АЦП (DD2). Через мультиплексор (DD1) на АЦП (DD2) проходитьаналоговий сигнал для перетворення його в цифровий код. Через порти DB.0-DB.12 цифровийкод поступає на порти PA.0-PA.7, PB.0-PB.5 мікроконтролера (DD3).Мікроконтролера (DD3) формує сигнал ТxD. Сигнал ТxD з виходу МСU (DD3) черезструмозадаючий резистор R1 засвічує світло діод оптрона DD4.
Відповідно на виході емітерного повторювача,який реалізований на транзисторі оптрона DD4 та резисторів R2, R3,формується сигнал ідентичний сигналу ТxD на виході процесора тільки повністюгальванічно ізольований від нього. Резистор R3, R6 виконуєроль навантаження для емітерного повторювача. Резистор R2, R5включений між базою та емітером транзистора необхідний для температурноїстабілізації режиму його роботи. Вихідний сигнал емітерного повторювачапоступає на вхід перетворювача рівнів, з виходу якого на вхід СОМ порта. [8]

6.Метрологічні характеристики
1 Розрахуємо похибку квантування АЦП за такоюформулою:
/> (6.1)
де n- розрядність АЦП n=12, /> - напруга АЦП, /> = 10(В),
Підставивши значення, отримаємо:
/>
Розрахунок СКВ похибки квантування за такою формулою
/>. (6.2)
Підставивши значення, отримаємо:
/>.
2 Розрахунок СКВ похибки кожного датчика за такоюформулою:
/>. (6.3)
Підставивши значення, отримаємо:

/>
Розрахунок загальне СКВ похибки датчиків за такоюформулою:
/>. (6.4)
Підставивши значення, отримаємо:
/>
3 Розрахунок загального СКВ похибки системи за такоюформулою:
/>. (6.5)
Підставивши значення, отримаємо:
/>
Абсолютна похибка приладу
/>

Висновки
Метою даного курсового проекту було створенняприладу, який би задовольняв потреби найсучаснішої вимірювальної техніки, а це,перш за все, швидкодія, наявність ергодичного інтерфейсу, простота та швидкістьобробки інформації та наглядне її представлення. Тому в даному курсовомупроекті створений сучасний вимірювальний прилад, який задовольняє вищеприведенівимоги, при цьому забезпечуючи достатній діапазон фізичної величини і порівняноневелику похибку.
 Також були запропоновані три варіантиструктурних схем мікропроцесорної метеостанції, і серед них вибрана найбільшоптимальна за метрологічними і економічними характеристиками. В практичнійчастині на базі вибраної структурної схеми розроблена схема принципова, щопредставляє собою поєднання найсучасніших мікросхем, які спрощують задачукерування приладом і роблять його зручним у користуванні навіть длянеспеціаліста. Передостанній розділ пропонує електричні розрахунки компонентівпринципової схеми і вибір номіналів елементів, які б задовольняли умовамтехнічного завдання. В останньому наведений розрахунок похибки створеноїсистеми. Отже, наша вимірювальна система задовольняє поставленим вимогам.

Література
1. Хазанов Б.И. Интерфейсыизмерительных систем.- М.: Энергия, 1979. – 169с.
2. Избыточные системысчисления, моделирование, обработка данных и системное проектирование в техникепреобразования информации: Учеб. пособие / В.А. Поджаренко, А.Д. Азаров, В.А.Власенко, И.И. Коваленко.: — Выща шк., 1990. – 208 с.: ил.
3. Метрологическоеобеспечение измерительных информационных систем (теория, методология,организация)./Е.Т. Удовиченко, А.А.Брагин, А.Л.Семенюк, В.И.Бородатый, Э.С.Браилов, Ю.И. Койфман, А.Д. Пинчевский. – М.: Изд-во стандартов, 1991.-192 с.
4. Вострокнутов Н.Н. Цифровыеизмерительные устройства. Теория погрешностей, испытаний, поверка. –М.:Энергоатомиздат, 1990.-208 с.
5. Проектированиемикропроцесорных измерительных приборов и систем/В.Д. Циделко, Н.В. Нагаец,Ю.В. Хохлов и др.- К.: Техніка, 1984.-215 с.
6. www.atmel.ru
7. www.rlda.ru
8. Конспект лекцій
9. www. gaw.ru

Додатки
ДодатокА (обов’язковий)Поз. позн. Найменування Кіл. Примітка Конденсатори С1-C2 GRM39 — 100 мкФ ±5% — 6,3 В 2 С1-C2 С3, C4
КМ5-5аМ75-39 пФ/> 2 С3, C4 С5-С8
КМ6Н90-220 мкФ/> 4 С5-С8 С9-С12
КМ6Н90-1 мкФ/> 3 С9-С12 Мікросхеми DD4-DD5 4N35 2 DD1-DD5 DD3 AT90S8515 1 DD6 DD6 MAX232 1 DD6 DA1 AD780 1 DA1 DA2 MC7805 1 DA2 DD2 AD1674 1 DD2 DD1 MAX4534 1 DD1 Резистори R1, R4 MSC 0402 – 35 кОм ±1% — 0,25 Вт 2 R1, R4  R2, R5 MSC 0402 – 100 кОм ±1% — 0,25 Вт 2 R2, R5 R3, R6 MSC 0402 – 500 Ом ±1% — 0,25 Вт 2 R3, R6 R7 MSC 0402 – 14Ом ±1% — 0,25 Вт 1 R7 Діоди VD1-VD2 1N4148 2 VD1-VD2 С13
КМ5-5аМ75-33 пФ/> 1 С13