Измерение сопротивления без использования АЦП

Следующая статья показывает нехитрый трюк как с помощью простейшего восьмилапого микроконтроллера без аналого-цифрового преобразователя на борту соорудить измеритель сопротивления датчика и передать измеренное значение в ПК или главному контроллеру через последовательный интерфейс (которого так же может не быть в списке периферии используемого МК). Таким образом, с помощью самого дешевого микроконтроллера и нехитрой программки можно превратить любой простой резистивный датчик в более-менее интеллектуальную подсистему, умеющую передавать значение сопротивления датчика в цифровом виде в хост-систему или главный микроконтроллер на плате.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЦП

Большинство процессов в производстве автоматизируется с использованием всеразличных датчиков. Большая часть этих датчиков, такие как, например, сенсоры паров аммиака, температуры, и им подобные, являются резистивными устройствами, электрическое сопротивление которых изменяется (чаще всего нелинейно) по мере изменения окружающих условий. Сопротивление датчиков может находиться в диапазоне от 1 мОма до 10 МОм. На рисунке 1 показан вариант схемы для измерения сопротивления датчика. В качестве контроллера в схеме используется восьмивыводный микроконтроллер AVR Tiny13V производства компании Atmel. Микроконтроллер Tiny13V работает в диапазоне питающих напряжений от 1.8 до 5.5В.

Рисунок 1 — Предлагаемая схема позволяет измерять сопротивление путем измерения частоты колебаний асинхронного генератора собранного на самом же микроконтроллере.

В предлагаемой разработке используется эквивалент генератора, основанный на принципе асинхронного мультивибратора в МК Tiny13 (рисунок 2). У генератора нет стабильного состояния, и сигнал на выходе постоянно колеблется между двумя квазистабильными состояниями. Выходная частота этого генератора зависит от величины сопротивления. По мере увеличения сопротивления, частота уменьшается, и величина сопротивления может быть легко выведена через измерение частоты колебаний.

Рисунок 2 — Эквивалентная схема асинхронного мультивибратора собранного на МК.

Сопротивление, которое необходимо измерить, подключается между любыми двумя линиями ввода-вывода общего назначения микроконтроллера, а конденсатор C₁ известного номинала подсоединяется к третьему выводу общего назначения. Заметьте, что PB₀ и PB₁ всегда находятся в противоположных состояниях для реализации элемента схемы «НЕ». Вывод PB₂ измеряет уровень сигнала (высокое или низкое напряжение) на резисторе R₁.

Изначально PB₀ высокого уровня, PB₁ – низкого, а вывод PB₂ находится в высокоомном состоянии. В результате, конденсатор начинает заряжаться с постоянной времени RC. В первый момент времени конденсатор работает как замкнутая цепь, и на входе PB₂ присутствует высокий уровень сигнала. По мере заряда конденсатора, напряжение на резисторе уменьшается, и, когда на входе PB₂ будет низкий уровень, PB₁ перейдет в высокое состояние, а PB₀ – в низкое.

После этого, по мере разряда конденсатора, напряжение на резисторе возрастает, и, когда на входе PB₂ будет присутствовать сигнал высокого уровня, PB₀ перейдет в высокое состояние, а PB₁, соответственно, в низкое. Таким образом, измерение частоты (или половины числа переключений за одну секунду) сигнала на входе PB₀, дает величину обратно пропорциональную сопротивлению R₁ (см. рисунок 1). Так для частоты f имеем:

R₁ = k/f,

где k – коэффициент пропорциональности.

Результат измерения передается в ПК по последовательному интерфейсу RS-232. Поскольку Tiny13 не содержит UART, используется процедура программного UART. Полностью программа для измерения сопротивления по предложенному алгоритму доступна для закачки по ссылке.

Скачать статью в формате PDF (98 кб)

Похожие статьи:

• Ввод параллельных данных через один провод (1)
• Простой двунаправленный однопроводный приемопередатчик (1)
• Отладка без проводов (3)
• Соединение устройств с различным питанием в одну шину I2C (0)
• Простой расширитель импульсов на основе одновибратора помогает детектировать наносекундные события (0)