RU2563315C1 - Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation - Google Patents
Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563315C1 RU2563315C1 RU2014108763/28A RU2014108763A RU2563315C1 RU 2563315 C1 RU2563315 C1 RU 2563315C1 RU 2014108763/28 A RU2014108763/28 A RU 2014108763/28A RU 2014108763 A RU2014108763 A RU 2014108763A RU 2563315 C1 RU2563315 C1 RU 2563315C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- resistors
- filter
- width
- resistive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
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 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 generator timing circuits (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.
Известно устройство - мостовая схема (мост Уитстона), предназначенное 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).A device is known - a bridge circuit (Wheatstone bridge) designed to measure 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.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым авторами за прототип является микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика, содержащий микроконтроллер, интегрирующее звено (RC-фильтр), первый, второй третий и четвертый резисторы, причем первые выводы второго и третьего резисторов подключены к минусовой клемме источника питания микроконтроллера, первый вывод первого резистора подключен выходу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) микроконтроллера, первый вывод третьего резистора подключен к плюсовой клемме источника питания микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены ко входу RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора (АК) микроконтроллера, ко второму входу АК микроконтроллера подключены вторые выводы третьего и четвертого резисторов, в качестве второго резистора включен резистивный датчик (см. пат. РФ №2449299, 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 for a resistive sensor, containing a microcontroller, an integrating element (RC filter), the first, second third and fourth resistors, and the first conclusions of the second and third resistors are connected to the negative terminal of the microcontroller power supply, the first output of the first resistor is connected to the output of the pulse width modulator (PWM) of the microcontroller, the first output is third the first resistor is connected to the positive terminal of the microcontroller's power source, the second terminals of the first and second resistors are connected to the input of the RC filter, the output of which is connected to the first input of the analog comparator (AK) of the microcontroller, the second terminals of the third and fourth resistors are connected to the second input of the microcontroller, as a second resistor, a resistive sensor is included (see US Pat. RF No. 2449299, class G01R 27/26).
Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная влиянием температуры на выходное сопротивление широтно-импульсного модулятора микроконтроллера.A disadvantage of the known solution is low accuracy due to the influence of temperature on the output impedance of the pulse-width modulator of the microcontroller.
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 микроконтроллерный измерительный преобразователь с управляемым питанием резистивных измерительных цепей методом широтно-импульсной модуляции, содержащий микроконтроллер, первый RC-фильтр, первый, второй третий и четвертый резисторы, причем первый вывод первого резистора подключен к выходу первого широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены ко входу первого RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, введен второй RC-фильтр, причем первые выводы второго, третьего и четвертого резисторов подключены к выходам соответственно второго, третьего и четвертого широтно-импульсных модуляторов микроконтроллера, вторые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко входу второго RC-фильтра, выход которого подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, в качестве одного из четырех резисторов включен резистивный датчик.The technical result is achieved by the fact that in a microcontroller measuring transducer with a controlled power supply of resistive measuring circuits by pulse-width modulation, containing a microcontroller, a first RC filter, a first, second third and fourth resistors, the first output of the first resistor connected to the output of the first pulse-width microcontroller modulator, the second terminals of the first and second resistors are connected to the input of the first RC filter, the output of which is connected to the first input of the analog comparator microcontroller, a second RC filter is introduced, with the first outputs of the second, third and fourth resistors connected to the outputs of the second, third and fourth pulse-width modulators of the microcontroller, the second outputs of the third and fourth resistors connected to the input of the second RC filter, the output of which is connected to the second input of the analog comparator of the microcontroller, a resistive sensor is included as one of the four resistors.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя с управляемым питанием резистивных измерительных цепей методом широтно-импульсной модуляции.The drawing shows a structural diagram of a microcontroller measuring transducer with a controlled power supply of resistive measuring circuits by the method of pulse width modulation.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Микроконтроллерный измерительный преобразователь с управляемым питанием резистивных измерительных цепей методом широтно-импульсной модуляции содержит (чертеж) первый резистор 1, второй резистор 2 (он же резистивный датчик), третий резистор 3, четвертый резистор 4, первый RC-фильтр 5, второй RC-фильтр 6 и микроконтроллер 7.A microcontroller measuring transducer with a controlled power supply of resistive measuring circuits using pulse width modulation method (drawing) contains a first resistor 1, a second resistor 2 (aka resistive sensor), a third resistor 3, a fourth resistor 4, a first RC filter 5, and a second RC filter 6 and microcontroller 7.
Резисторы 1 и 2 первыми выводами подключены ко входу RC-фильтра 5, выход которого подключен к первому входу АК микроконтроллера 7 (АК микроконтроллера 7 на чертеже не показан), резисторы 3 и 4 первыми выводами подключены ко входу RC-фильтра 6, выход которого подключен ко второму входу АК микроконтроллера 7, вторые выводы резисторов 1, 2, 3 и 4 подключены к выходам соответственно первого, второго, третьего и четвертого ШИМов микроконтроллера 7 (ШИМы микроконтроллера 7 на чертеже не показаны).The resistors 1 and 2 are connected by the first leads to the input of the RC filter 5, the output of which is connected to the first input of the AK microcontroller 7 (the AK of the microcontroller 7 is not shown in the drawing), the resistors 3 and 4 are connected by the first leads to the input of the RC filter 6, the output of which is connected to the second input of the microcontroller AK, the second terminals of the resistors 1, 2, 3, and 4 are connected to the outputs of the first, second, third, and fourth PWMs of the microcontroller 7 (PWMs of the microcontroller 7 are not shown in the drawing).
Микроконтроллерный измерительный преобразователь с управляемым питанием резистивных измерительных цепей методом широтно-импульсной модуляции работает следующим образом.A microcontroller measuring transducer with a controlled power supply of resistive measuring circuits using pulse width modulation works as follows.
Микроконтроллер 7 формирует на выходе четвертого ШИМ низкий логический уровень напряжения (лог.0), а на выходе третьего ШИМ формирует широтно-импульсно модулированный сигнал (ШИМ-сигнал), коэффициент заполнения которого подобран таким образом, что среднее значение напряжения U1 в точке соединения первых выводов резисторов 3 и 4 равно U1=0,5Uи, где Uи - напряжение источника питания микроконтроллера 1. Напряжение U1 сглаживается RC-фильтром 6 и подается на второй вход АК микроконтроллера 7.The microcontroller 7 generates a low logic voltage level (log 0) at the output of the fourth PWM, and at the output of the third PWM it generates a pulse-width modulated signal (PWM signal), the duty cycle of which is selected so that the average voltage U1 at the junction point of the first the conclusions of resistors 3 and 4 is equal to U1 = 0.5Uи, where Uи is the voltage of the power supply of microcontroller 1. Voltage U1 is smoothed by the RC filter 6 and fed to the second input of the microcontroller AK.
На выходе второго ШИМ сформирован лог.0, а на выходе первого ШИМ действует ШИМ-сигнал, коэффициент заполнения k1 которого зависит от сопротивления резистора 2 (т.е. от резистивного датчика). На резисторе 2 формируется напряжение U2=Uи·k1, которое сглаживается RC-фильтром 5 и подается на первый вход АК микроконтроллера 7. Микроконтроллер 7 непрерывно сравнивает значения напряжений U1 и U2, и изменяет коэффициент заполнения k1 так, чтобы U2=U1.Log.0 is generated at the output of the second PWM, and a PWM signal is applied at the output of the first PWM, the duty cycle k1 of which depends on the resistance of resistor 2 (i.e., from the resistive sensor). A voltage U2 = Uи · k1 is formed on the resistor 2, which is smoothed by the RC filter 5 and fed to the first input of the microcontroller 7. The microcontroller 7 continuously compares the voltage values U1 and U2, and changes the duty cycle k1 so that U2 = U1.
Допустим сопротивление резистора 2 (платинового датчика) возросло, при этом в соответствии с известными зависимостями возрастет напряжение U2, снимаемое с резистора 2. Если U2 превысит значение U1, то на выходе АК микроконтроллера 7 поменяется на противоположный логический уровень и микроконтроллер 7 начнет уменьшать значение коэффициента заполнения k1 до тех пор, пока U2 не станет меньше U1, при котором логический уровень на выходе АК изменится на противоположный. Коэффициент заполнения k1 является функционально зависимой величиной от U2, которое в свою очередь зависит от сопротивления резистора 2.Suppose the resistance of resistor 2 (platinum sensor) has increased, while in accordance with the known dependences, the voltage U2 taken from resistor 2 will increase. If U2 exceeds the value of U1, then the output of the microcontroller 7 will change to the opposite logic level and the microcontroller 7 will begin to decrease the coefficient value filling k1 until U2 becomes less than U1, at which the logic level at the output of AK changes to the opposite. The fill factor k1 is a functionally dependent quantity on U2, which in turn depends on the resistance of resistor 2.
Таким образом, микроконтроллер 7 следит за рассогласованием напряжений U2 и U1 и путем изменения коэффициент заполнения k1 уравновешивает резистивный мост, образуемый резисторами 1, 2, 3 и 4. Благодаря уравновешиванию достигается высокая точность преобразования.Thus, the microcontroller 7 monitors the mismatch of the voltages U2 and U1 and by changing the duty cycle k1 balances the resistive bridge formed by the resistors 1, 2, 3 and 4. Thanks to the balancing, high conversion accuracy is achieved.
Дальнейшее повышение точности может быть достигнуто путем изменения алгоритма преобразования, например первый ШИМ формирует на своем выходе лог.0, а второй ШИМ формирует ШИМ-сигнал и процесс преобразования реализуется по вышеприведенному алгоритму. Результаты преобразований, выполненные по обоим алгоритмам, усредняются путем деления их суммы на два. Благодаря изменению логических уровней первого и второго ШИМ, а также третьего и четвертого ШИМ на противоположные удается избежать дополнительных погрешностей, вносимых, например, разностью потенциалов, возникающей в местах контакта аппаратных элементов измерительных цепей.A further increase in accuracy can be achieved by changing the conversion algorithm, for example, the first PWM generates a log.0 at its output, and the second PWM generates a PWM signal and the conversion process is implemented according to the above algorithm. The results of the transformations performed by both algorithms are averaged by dividing their sum by two. By changing the logical levels of the first and second PWM, as well as the third and fourth PWM to the opposite, it is possible to avoid additional errors introduced, for example, by the potential difference arising at the contact points of the hardware elements of the measuring circuits.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество: повышена точность преобразования за счет усовершенствования аппаратного и программного обеспечения.The present invention in comparison with the prototype and other known solutions has the advantage of: increased conversion accuracy due to improvements in hardware and software.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108763/28A RU2563315C1 (en) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108763/28A RU2563315C1 (en) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2563315C1 true RU2563315C1 (en) | 2015-09-20 |
Family
ID=54147785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014108763/28A RU2563315C1 (en) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2563315C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690517C1 (en) * | 2018-08-01 | 2019-06-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller metering transducer of resistance of resistor sensors into binary code with self-diagnostics function |
| RU2799970C1 (en) * | 2022-10-04 | 2023-07-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller device for measuring meteorological factors and calculating effective temperature for digital climate control systems |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1213422A1 (en) * | 1984-08-01 | 1986-02-23 | Chernov Anatolij M | Bridge for measuring resistance of four-terminal resistors |
| RU2214610C2 (en) * | 2001-12-13 | 2003-10-20 | Ставропольская Государственная Сельскохозяйственная Академия | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups |
| EP2031518A2 (en) * | 2000-10-26 | 2009-03-04 | Cypress Semiconductor Corporation | Circuit |
| RU2449299C1 (en) * | 2011-01-20 | 2012-04-27 | Александр Витальевич Вострухин | Microcontroller measuring converter for resistive sensor |
| RU2476040C2 (en) * | 2007-01-05 | 2013-02-20 | Филипс Солид-Стейт Лайтинг Солюшнз, Инк | Methods and apparatus for resistive loads imitation |
-
2014
- 2014-03-06 RU RU2014108763/28A patent/RU2563315C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1213422A1 (en) * | 1984-08-01 | 1986-02-23 | Chernov Anatolij M | Bridge for measuring resistance of four-terminal resistors |
| EP2031518A2 (en) * | 2000-10-26 | 2009-03-04 | Cypress Semiconductor Corporation | Circuit |
| RU2214610C2 (en) * | 2001-12-13 | 2003-10-20 | Ставропольская Государственная Сельскохозяйственная Академия | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups |
| RU2476040C2 (en) * | 2007-01-05 | 2013-02-20 | Филипс Солид-Стейт Лайтинг Солюшнз, Инк | Methods and apparatus for resistive loads imitation |
| RU2449299C1 (en) * | 2011-01-20 | 2012-04-27 | Александр Витальевич Вострухин | Microcontroller measuring converter for resistive sensor |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690517C1 (en) * | 2018-08-01 | 2019-06-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller metering transducer of resistance of resistor sensors into binary code with self-diagnostics function |
| RU2799970C1 (en) * | 2022-10-04 | 2023-07-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller device for measuring meteorological factors and calculating effective temperature for digital climate control systems |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2391677C1 (en) | Microcontroller metering transducer of capacitance and resistance into binary code | |
| TWI639839B (en) | System and apparatus for measuring capacitance | |
| CN204909403U (en) | Electronic clinical thermometer | |
| CN109061314B (en) | Method and device for detecting capacitance value of filter capacitor of inverter | |
| RU2698492C1 (en) | Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer monitoring and control systems | |
| RU2449299C1 (en) | Microcontroller measuring converter for resistive sensor | |
| RU2593818C1 (en) | Method and device for measuring capacitance | |
| RU2563315C1 (en) | Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation | |
| RU2395816C1 (en) | Microcontroller device to analyse dielectric properties of biological objects and insulation materials | |
| RU2719790C1 (en) | Microcontroller capacitance measuring device for control and monitoring systems | |
| RU2603937C1 (en) | Microcontroller measuring converter for resistive and capacitive sensors with transmission of conversion result over radio channel | |
| RU2392629C1 (en) | Microcontroller device for capacity and resistance measurement | |
| WO2017099147A1 (en) | Reactance measurement apparatus | |
| RU2506599C1 (en) | Microcontroller metering converter with balancing of resistive bridge | |
| RU2502076C1 (en) | Microcontroller metering converter of resistance into binary code with voltage-controlled generator | |
| RU2515309C1 (en) | Microcontroller measurement converter with balancing of resistive wheatstone by method of width-pulse modulation | |
| RU2670724C1 (en) | Micro-controller device for tanks measurement | |
| CN105044465A (en) | Automatic balance bridge based on synchronous clock DDS and method for measuring impedance of DUT (Device Under Test) | |
| RU2453854C1 (en) | Low-energy microcontroller-based measuring transmitter for variable resistance transducer | |
| RU2690517C1 (en) | Microcontroller metering transducer of resistance of resistor sensors into binary code with self-diagnostics function | |
| RU2520409C2 (en) | Converter for converting periodic signal to frequency and period | |
| EP3018484A1 (en) | Device and method for measuring electrical variables of analog sensors | |
| RU2565813C1 (en) | Microcontroller-based converter of resistance, capacitance and voltage into binary code | |
| RU2552749C1 (en) | Microcontroller metering converter with function of current measurement in resistive sensor circuit | |
| RU2491558C1 (en) | Microcontroller metering converter of resistance with controlled sensitivity |