RU2449299C1 - Microcontroller measuring converter for resistive sensor - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: microcontroller measuring converter for resistive sensor contains microcontroller 1, resistor 2 and resistor 3 (resistive sensor), resistors 4 and 5, integrating element 6. Resistors 2 and 4 by their first outputs are connected to negative terminal of voltage source, the first output of resistor 3 is connected to output of pulse-length modulator of microcontroller 1, the first output of resistor 5 is connected to positive terminal of voltage source, the second outputs of resistors 2 and 3 are connected to input of integrating element 6, the output of which is connected to input of analog comparator of microcontroller 1, to the second input of which the second outputs of resistors 4 and 5 are connected.

EFFECT: high accuracy of conversion.

2 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

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.The invention relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring active resistance, and can be used in means for measuring non-electric quantities by resistive sensors.

Уровень техникиState of the art

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).A device for measuring electric capacitance is known, comprising two single-vibrators connected according to a circular oscillator circuit, two integrating RC links connected to the outputs of the corresponding single vibrators, an indication unit connected between the outputs of the integrating RC links, capacitors and resistors are included in the timing chains of the single vibrators. A constant voltage is formed at the output of the device, the value of which depends on a change in the capacitance and / or resistance of the timing circuits of one-shots, which is reflected by the display unit (see US Pat. RF No. 2156472, class G01R 27/26).

Недостатки известного решения - низкая точность, обусловленная высокой погрешностью, вносимой генераторами, параметры сигналов которых зависят от внешних факторов, например температуры.The disadvantages of the known solutions are low accuracy due to the high error introduced by the generators, the signal parameters of which depend on external factors, such as temperature.

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).A device for measuring non-electric quantities by capacitor sensors is known, comprising first and second generators, a microcontroller and a digital indicator, capacitors and resistors are included in the oscillator timing circuits, one of the outputs of the microcontroller is connected to the generation enable inputs of both generators, and the digital indicator is connected to the microcontroller. A code is generated at the output of the device, which depends on changes in the capacitance and / or resistance of the timing circuits of the generators (see US Pat. RF No. 2214610, class G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная погрешностью, вносимой генераторами, параметры которых зависят от внешних факторов.A disadvantage of the known solution is the low accuracy due to the error introduced by the generators, the parameters of which depend on external factors.

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).The closest in technical essence to the claimed technical solution and adopted by the authors for the prototype is a bridge circuit (Wheatstone bridge) for measuring the resistance of resistive sensors, containing two resistive dividers, the extreme terminals of which are connected to a power source, a measuring device is connected between the middle terminals of the resistive dividers (see Yakovlev V. The structure of the measuring system based on passive sensors / V. Yakovlev // Modern automation technologies. - 2002, No. 1).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная нелинейностью характеристики преобразования.A disadvantage of the known solution is low accuracy due to the non-linearity of the conversion characteristics.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности преобразования.The technical result that can be achieved using the present invention is to increase the accuracy of the conversion.

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.The technical result is achieved in that a measuring transducer for a resistive sensor, containing the first and second resistive dividers, a power source, the first terminals of the first resistors of the first and second resistive dividers connected to the negative terminal of the power source, the first output of the second resistor of the first resistive divider connected to the positive the power supply terminal, a microcontroller and an integrating element are introduced, and the first output of the second resistor of the second resistive divider is connected to the output to the pulse-width modulator of the microcontroller, the second resistor terminals of the second resistive divider are connected to the input of the integrating link, the output of which is connected to the first input of the analog comparator of the microcontroller, the second input of the analog comparator is connected to the second terminals of the resistors of the first resistive divider, the power supply terminals are connected respectively to the power terminals microcontroller.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фигуре представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя для резистивного датчика.The figure shows a structural diagram of a microcontroller measuring transducer for a resistive sensor.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

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.The microcontroller measuring transducer for the resistive sensor contains (see Fig.) Microcontroller 1, resistor 2 (R _O ), resistor 3 (R _X ) (aka resistive sensor), resistor 4 (R ₁ ) and resistor 5 (R ₂ ), integrating link 6. Resistors 2 and 4 are connected to the negative terminal of the power source by the first terminals, the first terminal of resistor 3 is connected to the output of a pulse-width modulator (not shown) of microcontroller 1, the first terminal of resistor 5 is connected to the positive terminal of the power source, second terminals of resistors 2 and 3 are connected to the input integrating the first member 6, whose output is connected to a first input of an analog comparator (not shown) of the microcontroller 1, to the second input of the analog comparator connected to the second terminals of the resistors 4 and 5.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика работает следующим образом.A microcontroller measuring transducer for a resistive sensor operates as follows.

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).A voltage U _{1 is} applied to the inverting input of the analog comparator built into the microcontroller 1, taken from the resistive divider 4, 5. A voltage is formed on the divider 2, 3, the average value of which is determined: U ₂ = U ¹ · k ₃ , where U ¹ - high voltage level (logical unit); k ₃ - duty cycle of the PWM signal. Let us agree that U ¹ ≈U _P. The voltage drops across the model resistor 2, which is determined by: U _O = U ₂ -U _X , where U _X = I _X · R _X is the voltage incident on the resistor 3; I _X - the average value of the current flowing through the resistor 3, is determined: I _X = U _X / (R _X + R _O ) = U _P · k ₃ / (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.The microcontroller continuously monitors the voltage U _O. If this voltage becomes less than voltage U ₁ , then the microcontroller increases the duty cycle and checks the output of the analog comparator. As soon as the voltage U _O becomes more than the voltage U ₁ , the microcontroller reduces the duty cycle. Thus, the voltage U _O , and therefore the current I _X , is controlled. The change in k _{З is} proportional to the change in voltage U _X , and since U _{X is} proportional to the change in resistance R _X , therefore, the duty cycle is a function of R _X , i.e. k _З = I _X · (R _X + R _O ) / U _П , where I _X , R _O and U _П - are constant in value (do not change) and are known.

Результат преобразования - двоичный код, эквивалентный значению k_З, может быть передан по последовательному стандартному интерфейсу в устройства индикации и управления.The result of the conversion is a binary code equivalent to the value of k _З , can be transmitted via a standard serial interface to the display and control devices.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество: повышена точность преобразования, за счет достижения линейности характеристики преобразования.The present invention in comparison with the prototype and other known solutions has the advantage of increasing the accuracy of the conversion, by achieving the linearity of the conversion characteristics.

Claims (2)

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.1. A microcontroller measuring transducer for a resistive sensor, comprising a first and second resistive dividers, a power source, the first terminals of the first resistors of the first and second resistive dividers connected to the negative terminal of the power source, the first terminal of the second resistor of the first resistive divider connected to the positive terminal of the power source, characterized in that a microcontroller and an integrating element are introduced into it, and the first output of the second resistor of the second resistive divider is connected to the output of the pulse-width modulator of the microcontroller, the second terminals of the resistors of the second resistive divider are connected to the input of the integrating link, the output of which is connected to the first input of the analog comparator of the microcontroller, the second input of the analog comparator is connected to the second terminals of the resistors of the first resistive divider, the terminals of the power supply are connected respectively to the power terminals microcontroller. 2. Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика по п.1, отличающийся тем, что в качестве второго резистора второго резистивного делителя включен резистивный датчик. 2. The microcontroller measuring transducer for a resistive sensor according to claim 1, characterized in that a resistive sensor is included as a second resistor of the second resistive divider.