RU2502076C1

RU2502076C1 - Microcontroller metering converter of resistance into binary code with voltage-controlled generator

Info

Publication number: RU2502076C1
Application number: RU2012133942/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Витальевич Вострухин; Алексей Николаевич Хабаров; Святослав Алексеевич Навроцкий
Original assignee: Александр Витальевич Вострухин; Алексей Николаевич Хабаров; Святослав Алексеевич Навроцкий
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2013-12-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: microcontroller metering converter of resistance into a binary code with a voltage-controlled generator comprises the first resistor 1 (R₁), the second resistor 2 (R₂), the third resistor 3 (R₃), the fourth resistor 4 (R₄), and a generator 5 controlled by voltage and equipped with an inlet of generation permit and an MC 6. The first outputs of resistors 1, 2, 3 and 4 are connected accordingly to the first, second, third and fourth outputs of the MC 6, the second outputs of resistors 1, 2, 3 and 4 are connected to the inlet of control of generator 5 voltage, the output of which is connected to the count input of the binary counter built into the MC 6, the fifth output of the MC 6 is connected to the input of generator 5 generation permit.

EFFECT: higher sensitivity.

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 для измерения физических величин, контролируемых резистивными датчиками.The invention relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring active resistance, and can be used to measure physical quantities controlled by resistive sensors.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для измерения электрической емкости и/или активного сопротивления, содержащее два одновибратора, включенные по кольцевой схеме, генератор импульсов и индикатор, во времязадающие цепи первого и второго одновибраторов включены конденсаторы соответственно измеряемой емкости и образцовой, к входам запуска обоих одновибраторов подключен выход генератора, между вторыми выходами одновибраторов включен блок индикации (см. пат. РФ №2099724, кл. G01R 27/26).A device for measuring electric capacitance and / or active resistance, comprising two one-vibrators, included in a ring circuit, a pulse generator and an indicator, capacitors of the measured capacitance and an exemplary capacitor, respectively, are included in the timing circuits of the first and second one-vibrators, the generator output is connected to the start inputs of both single-vibrators, between the second outputs of the single vibrators an indication unit is included (see US Pat. RF No. 2099724, class G01R 27/26).

Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности, для сопряжения данного устройства с микропроцессорными системами необходимо использовать дополнительные устройства, например АЦП.A disadvantage of the known solution is limited functionality, to pair this device with microprocessor systems, you must use additional devices, such as an ADC.

Известно устройство микроконтроллерное для измерения емкости и сопротивления, содержащее микроконтроллер (МК), емкостный датчик, конденсатор образцовой емкости, резисторы образцового и измеряемого сопротивления, первый, второй и третий резисторы и цифровой индикатор, причем резисторы образцового и измеряемого сопротивления первыми выводами подключены к первым обкладкам соответственно емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости, цифровой индикатор подключен к МК, первые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора МК, вторые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к плюсовому и минусовому выводам питания МК, второй вывод третьего резистора подключен к первому выходу МК, первые выводы резисторов образцового и измеряемого сопротивления подключены ко второму входу аналогового компаратора МК, вторые выводы резисторов образцового и измеряемого сопротивлений подключены соответственно ко второму и третьему выходам МК, вторые обкладки емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости подключены соответственно к четвертому и пятому выходам МК (см. пат. РФ №2392629, кл. G01R 27/26).A microcontroller device is known for measuring capacitance and resistance, containing a microcontroller (MK), a capacitive sensor, a capacitor of exemplary capacity, resistors of exemplary and measured resistance, first, second and third resistors and a digital indicator, and the resistors of exemplary and measured resistance are connected to the first plates by the first leads respectively a capacitive sensor and a capacitor of exemplary capacity, a digital indicator is connected to the MK, the first conclusions of the first, second and third resistors are connected are connected to the first input of the MK analog comparator, the second terminals of the first and second resistors are connected respectively to the plus and minus terminals of the MK power supply, the second terminal of the third resistor is connected to the first MK output, the first conclusions of the reference and measured resistance resistors are connected to the second input of the MK analog comparator, the second the findings of the resistors of the exemplary and measured resistances are connected respectively to the second and third outputs of the MK, the second plates of the capacitive sensor and the capacitor are exemplary The components are connected respectively to the fourth and fifth outputs of the MC (see US Pat. RF №2392629, class G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная влиянием изменения емкости под действием температуры на результат измерения активного сопротивления.A disadvantage of the known solution is low accuracy due to the influence of changes in capacitance under the influence of temperature on the result of measuring the active resistance.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым авторами за прототип является микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости и сопротивления в двоичный код, содержащий МК, емкостный датчик, конденсатор образцовой емкости, образцовый резистор, резистивный делитель напряжения и резистор измеряемого сопротивления, причем резисторы образцового и измеряемого сопротивления первыми выводами подключены к первым обкладкам соответственно емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости, первые выводы резисторов делителя напряжения подключены к первому входу аналогового компаратора МК, а вторые выводы подключены соответственно к выводам питания МК, первые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора МК, вторые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены соответственно к первому и второму выходам МК, вторые обкладки емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости подключены соответственно к третьему и четвертому выходам МК (см. пат. РФ №2391677, кл. G01R 27/26).The closest in technical essence to the claimed technical solution and adopted by the authors for the prototype is a microcontroller measuring transducer of capacitance and resistance to binary code containing MK, capacitive sensor, capacitor of model capacitance, reference resistor, resistive voltage divider and resistor of measured resistance, and the resistors of reference and the measured resistance by the first conclusions are connected to the first plates of the capacitive sensor and capacitor, respectively, the reference capacitor and, the first leads of the voltage divider resistors are connected to the first input of the MK analog comparator, and the second leads are connected respectively to the MK power leads, the first leads of the reference and measured resistors are connected to the second input of the analog MK comparator, the second leads of the reference and measured resistors are connected to the first and to the second outputs of the MK, the second plates of the capacitive sensor and the capacitor of the exemplary capacity are connected respectively to the third and fourth outputs of the MK (see US Pat. RF №2391677, class G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая чувствительность преобразователя, обусловленная измерением путем дискретного счета относительно малого интервала времени, в течение которого осуществляется только один цикл переходного процесса в RC-цепи.A disadvantage of the known solution is the low sensitivity of the converter, due to the measurement by discrete counting of a relatively small time interval during which only one transient cycle in the RC circuit is carried out.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

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

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержащий микроконтроллер, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к первому и второму выходам микроконтроллера, введен генератор, управляемый напряжением, причем первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены соответственно к третьему и четвертому выходам микроконтроллера, вторые выводы всех резисторов подключены к входу управления напряжением генератора, выход которого подключен к счетному входу встроенного в микроконтроллер двоичного счетчика, пятый выход микроконтроллера подключен к входу разрешения генерирования генератора.The technical result is achieved by the fact that in the microcontroller measuring resistance converter in binary code with a voltage-controlled generator containing a microcontroller, first, second, third and fourth resistors, the first outputs of the first and second resistors connected respectively to the first and second outputs of the microcontroller, a generator is introduced controlled by voltage, with the first conclusions of the third and fourth resistors connected respectively to the third and fourth outputs of the microcontroller, The first outputs of all resistors are connected to the voltage control input of the generator, the output of which is connected to the counting input of the binary counter built into the microcontroller, the fifth output of the microcontroller is connected to the generator generation enable input.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением.The drawing shows a structural diagram of a microcontroller measuring resistance converter in binary code with a voltage-controlled generator.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержит (чертеж) первый резистор 1 (R₁), второй резистор 2 (R₂), третий резистор 3 (R₄), четвертый резистор 4 (R₄), генератор 5, управляемый напряжением и снабженный входом разрешения генерирования и МК 6.The microcontroller measuring resistance to binary converter with a voltage-controlled generator contains (drawing) a first resistor 1 (R ₁ ), a second resistor 2 (R ₂ ), a third resistor 3 (R ₄ ), a fourth resistor 4 (R ₄ ), a generator 5, voltage-controlled and equipped with a generation enable input and MK 6.

Первые выводы резисторов 1, 2, 3 и 4 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам МК 6, вторые выводы резисторов 1, 2, 3 и 4 подключены к входу управления напряжением генератора 5, выход которого подключен к счетному входу встроенного в МК 6 счетчика (на чертеже счетчик не показан), пятый выход МК 6 подключен к входу разрешения генерирования генератора 5.The first conclusions of resistors 1, 2, 3 and 4 are connected respectively to the first, second, third and fourth outputs of MK 6, the second conclusions of resistors 1, 2, 3 and 4 are connected to the voltage control input of generator 5, the output of which is connected to the counting input of the built-in MK 6 counter (the counter is not shown in the drawing), the fifth output of MK 6 is connected to the generator enable permission input 5.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, работает следующим образом.A microcontroller measuring resistance to binary converter with a voltage controlled oscillator operates as follows.

Допустим, резисторы 1, 2 и 4 являются образцовыми, резистор 3 - датчик, например термосопротивление, причем R₂=R₄.Suppose resistors 1, 2 and 4 are exemplary, resistor 3 is a sensor, for example, thermal resistance, with R ₂ = R ₄ .

МК 6 выводит на пятый выход логический уровень, запрещающий генерирование, т.е. останавливает генератор 5 и очищает счетчик. Первый и третий выходы МК 6 переводит в высокоомное состояние, на четвертый выход выводит логический «0», на второй выход логическую «1» и запускает генератор 5, путем вывода на пятый выход соответствующего логического уровня. В этом случае генератор 5 начинает генерировать прямоугольные импульсы с образцовым периодом Т_O. Значение Т_O зависит от образцового напряжения U_O на управляющем входе генератора 5. Напряжение U_O, в свою очередь, зависит от соотношения сопротивлений образцовых резисторов 2 и 4 и определяется выражениемMK 6 outputs to the fifth output a logic level that prohibits generation, i.e. stops generator 5 and clears the counter. The first and third outputs of MK 6 translates into a high-resistance state, outputs a logical “0” to the fourth output, a logical “1” to the second output and starts the generator 5, by outputting the corresponding logical level to the fifth output. In this case, the generator 5 begins to generate rectangular pulses with an exemplary period T _O. The value of T _O depends on the reference voltage U _O at the control input of the generator 5. The voltage U _O , in turn, depends on the ratio of the resistances of the reference resistors 2 and 4 and is determined by the expression

где U_H - напряжение высокого уровня, незначительно меньше (на 0,02 В) напряжения источника питания МК 6. МК 6 измеряет образцовый интервал времени, определяемый выражением: t_O=N_O·Т_O, где N_O - количество образцовых периодов, подсчитываемых счетчиком МК 6. Количество N_O задается программным способом, что позволяет управлять чувствительностью преобразователя. Интервал времени t_O (временные ворота) заполняется счетными импульсами от внутреннего тактового генератора МК 6 с помощью второго счетчика, встроенного в МК 6. МК 6 сохраняет значение образцового интервала времени t_O в памяти и переходит к следующему режиму.where U _H is the voltage of a high level, slightly less (by 0.02 V) of the voltage of the power supply MK 6. MK 6 measures the model time interval defined by the expression: t _O = N _O · T _O , where N _O is the number of model periods, counted by the MK 6 counter. The number N _O is set in a software way, which allows you to control the sensitivity of the converter. The time interval t _O (time gate) is filled with counting pulses from the internal clock of MK 6 using the second counter integrated in MK 6. MK 6 saves the value of the model time interval t _O in memory and proceeds to the next mode.

МК 6 переводит второй и четвертый выходы в высокоомное состояние, на третий выход выводит логический «0», а на первый выход - логическую «1». По цепи делителя, состоящего из резисторов 1 и 3, течет ток, а следовательно, к управляющему напряжением входу генератора 5 будет приложено напряжение U_X, снимаемое с измеряемого сопротивления резистора 3 и которое определяется выражениемMK 6 transfers the second and fourth outputs to a high-resistance state, outputs a logical “0” to the third output, and a logical “1” to the first output. A current flows through the divider circuit, consisting of resistors 1 and 3, and therefore, the voltage U _X will be applied to the control voltage of the input of the generator 5, taken from the measured resistance of the resistor 3 and which is determined by the expression

В этом случае генератор 5 начинает генерировать прямоугольные импульсы с периодом T_X. МК 6 измеряет интервал времени, определяемый выражением: t_X=N_O·T_X и сохраняет значение данного интервала времени t_X в памяти.In this case, the generator 5 begins to generate rectangular pulses with a period T _X. MK 6 measures the time interval defined by the expression: t _X = N _O · T _X and stores the value of this time interval t _X in memory.

Затем МК 6 определяет разность временных интервалов в соответствии с выражением Δt=t_X-t_O. Значение Δt зависит от значения разности напряжений, определяемого выражением ΔU=U_X-U_O. Так как в выражение (2) входит сопротивление R₃, которое является сопротивлением датчика, а в выражение (1) - образцовые сопротивления R₂ и R₄, значения которых известны, то Δt является функцией изменения R₃. МК 6 преобразует Δt в двоичный код и сохраняет в оперативной памяти для дальнейшего использования.Then MK 6 determines the difference in time intervals in accordance with the expression Δt = t _X -t _O. The value of Δt depends on the value of the voltage difference determined by the expression ΔU = U _X -U _O. Since the expression R ₂ , which is the resistance of the sensor, enters into expression (2), and the model resistances R ₂ and R ₄ , whose values are known, enter into expression (1), Δt is a function of the change in R ₃ . MK 6 converts Δt into binary code and stores it in RAM for future use.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями обладает повышенной чувствительностью в результате накопления разности образцового и измеряемого периодов управляемого напряжением генератора.The present invention, in comparison with the prototype and other known solutions, has increased sensitivity as a result of the accumulation of the difference between the reference and measured periods controlled by the voltage of the generator.

Claims

A microcontroller measuring resistance to binary converter with a voltage controlled generator comprising a microcontroller, first, second, third and fourth resistors, the first terminals of the first and second resistors being connected respectively to the first and second outputs of the microcontroller, characterized in that a generator is inserted into it, voltage-controlled, with the first conclusions of the third and fourth resistors connected respectively to the third and fourth outputs of the microcontroller, the second conclusions of all p The resistors are connected to the voltage control input of the generator, the output of which is connected to the counting input of the binary counter built into the microcontroller, the fifth output of the microcontroller is connected to the generator generation enable input.