RU2697715C1 - Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer systems - Google Patents
Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697715C1 RU2697715C1 RU2018146286A RU2018146286A RU2697715C1 RU 2697715 C1 RU2697715 C1 RU 2697715C1 RU 2018146286 A RU2018146286 A RU 2018146286A RU 2018146286 A RU2018146286 A RU 2018146286A RU 2697715 C1 RU2697715 C1 RU 2697715C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- built
- computer
- reference capacitor
- plates
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к измерительной технике в частности, к устройствам для измерения физических величин емкостными датчиками и может быть использовано во встраиваемых вычислительных системах контроля и управления.The invention relates to measuring equipment, in particular, to devices for measuring physical quantities by capacitive sensors and can be used in embedded computer monitoring and control systems.
Уровень техникиState of the art
Известно устройство для измерения электрической емкости, содержащее два одновибратора, включенные по схеме кольцевого автогенератора, во времязадающие цепи первого и второго одновибраторов включены конденсаторы, соответственно измеряемой емкости и образцовой, два интегрирующих звена, подключенные к выходам соответствующих одновибраторов, индикатор, включенный между выходами интегрирующих звеньев. На выходе устройства формируется постоянное напряжение, которое зависит от изменения измеряемой емкости и отражается индикатором (см. пат. РФ №2156472, кл. G01R 27/26).A device for measuring electric capacitance is known, comprising two one-vibrators connected according to a circular oscillator circuit, capacitors of a measured capacitance and an exemplary capacitor, two integrating links connected to the outputs of the corresponding one-vibrators, an indicator connected between the outputs of the integrating links are included in the timing circuits of the first and second single vibrators . A constant voltage is formed at the output of the device, which depends on the change in the measured capacitance and is reflected by an indicator (see Pat. RF No. 2156472, class G01R 27/26).
Недостаток известного решения - ограниченные функциональные возможности.A disadvantage of the known solution is limited functionality.
Известно устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее микроконтроллер, индикатор, первый и второй генераторы, во времязадающие цепи которых включены соответственно емкостный датчик и образцовый конденсатор, выходы генераторов подключены к входам микроконтроллера, индикатор подключен к одному из портов микроконтроллера (см. пат. РФ №2214610, кл. G01R 27/26).A device for measuring non-electric quantities by capacitor sensors is known, which contains a microcontroller, an indicator, first and second generators, during which the capacitive sensor and a reference capacitor are respectively connected, the outputs of the generators are connected to the inputs of the microcontroller, the indicator is connected to one of the ports of the microcontroller (see US Pat. RF No. 2214610, class G01R 27/26).
Недостаток известного решения - ограниченные функциональные возможности.A disadvantage of the known solution is limited functionality.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является микроконтроллерное устройство для измерения частоты вращения вала, содержащее микроконтроллер, индикатор, первый и второй резисторы, емкостный датчик и образцовый конденсатор, которые первыми обкладками подключены к общему проводу, вторые обкладки емкостного датчика и образцового конденсатора подключены, соответственно, к первому и второму входам аналогового компаратора микроконтроллера и к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых подключены к выходам микроконтроллера, индикатор подключен к одному из портов микроконтроллера (см. пат. РФ №2378658, 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 device for measuring the shaft speed, containing a microcontroller, indicator, first and second resistors, a capacitive sensor and a reference capacitor, which are connected to the common wire by the first plates, and the second capacitive plates the sensor and the reference capacitor are connected, respectively, to the first and second inputs of the analog comparator of the microcontroller and to the first conclusions of the first and the second resistors, the second terminals of which are connected to the outputs of the microcontroller, the indicator is connected to one of the ports of the microcontroller (see US Pat. RF No. 2378658, class G01R 27/26).
Недостаток известного решения - низкая точность преобразований и ограниченные функциональные возможности, по причине несовершенного алгоритма преобразования емкости в двоичный код, а также ограниченных вычислительных и инфокоммуникационных возможностей устройства.A disadvantage of the known solution is the low accuracy of the transformations and limited functionality, due to the imperfect algorithm for converting capacity to binary code, as well as the limited computing and information and communication capabilities of the device.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей предлагаемого изобретения является разработка измерительного устройства емкости для встраиваемых вычислительных систем, обладающего повышенной точностью преобразования и расширенными функциональными возможностями за счет использования более совершенного алгоритма преобразования емкости в двоичный код, а также увеличению вычислительных и инфокоммуникационных возможностей устройства, путем введения компьютера.The objective of the invention is to develop a capacitance measuring device for embedded computing systems with improved conversion accuracy and enhanced functionality by using a more advanced algorithm for converting capacitance into binary code, as well as increasing the computing and information and communication capabilities of the device by introducing a computer.
Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерное измерительное устройство емкости для встраиваемых вычислительных систем, содержащее микроконтроллер, емкостный датчик, образцовый конденсатор, первый и второй резисторы, причем емкостный датчик и образцовый конденсатор первыми обкладками подключены к общему проводу, вторые обкладки емкостного датчика и образцового конденсатора подключены, соответственно, к первым выводам первого и второго резисторов, введен компьютер, причем вторые выводы первого и второго резисторов подключены к выходам, соответственно первого и второго широтно-импульсных модуляторов, встроенных в микроконтроллер, вторые обкладки емкостного датчика и образцового конденсатора подключены, соответственно к первому и второму входам аналогового мультиплексора, встроенного в микроконтроллер, компьютер подключен через цифровой последовательный интерфейс к микроконтроллеру.The technical result is achieved by the fact that in the microcontroller measuring device of the capacitance for embedded computing systems, containing a microcontroller, a capacitive sensor, a reference capacitor, the first and second resistors, the capacitive sensor and the reference capacitor are connected to the common wire by the first plates, the second plates of the capacitive sensor and the reference capacitor connected, respectively, to the first terminals of the first and second resistors, a computer is introduced, and the second terminals of the first and second resistors connected to the outputs of the first and second pulse-width modulators built into the microcontroller, the second plates of the capacitive sensor and the reference capacitor are connected, respectively, to the first and second inputs of the analog multiplexer built into the microcontroller, the computer is connected via a digital serial interface to the microcontroller.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного устройства емкости для встраиваемых вычислительных систем.In FIG. presents a structural diagram of a microcontroller measuring device capacitance for embedded computing systems.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Микроконтроллерное измерительное устройство емкости для встраиваемых вычислительных систем содержит (фиг.) резистор 1, емкостный датчик 2, резистор 3, образцовый конденсатор 4, микроконтроллер 5 и компьютер 6. Емкостный датчик 1 и образцовый конденсатор 4 первыми обкладками подключены к общему проводу, вторые обкладки емкостного датчика 1 и образцового конденсатора 4 подключены, соответственно, к первым выводам резисторов 1 и 3, вторые выводы резисторов 1 и 3 подключены к выходам, соответственно первого и второго широтно-импульсных модуляторов (ШИМ), встроенных в микроконтроллер 5 (на фиг. ШИМ не показаны), вторые обкладки емкостного датчика 2 и образцового конденсатора 4 подключены, соответственно к первому и второму входам аналогового мультиплексора, встроенного в микроконтроллер 5 (на фиг. аналоговый мультиплексор не показан), выход аналогового мультиплексора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), встроенного в микроконтроллер 5 (на фиг. АЦП не показан), компьютер 6 подключен через цифровой последовательный интерфейс к микроконтроллеру 5.The microcontroller measuring device of the capacitance for embedded computing systems contains (Fig.) A resistor 1, a
Микроконтроллерное измерительное устройство емкости для встраиваемых вычислительных систем работает следующим образом.Microcontroller measuring device capacitance for embedded computing systems operates as follows.
Микроконтроллер 5, в соответствии с программой, настраивает первый и второй ШИМы на заданную частоту генерирования широтно-импульсных сигналов (ШИМ-сигналов) с заданными коэффициентами заполнения и запускает оба ШИМа, которые работают синхронно. Сопротивления резисторов 1 и 3, а также емкости емкостного датчика 2 и образцового конденсатора 4 подобраны так, чтобы на заданной частоте ШИМ-сигналов, переходные процессы в RC-цепях, образованных этими элементами длились от одного до трех постоянных времени RC-цепей. Микроконтроллер 5 выполняет алгоритм последовательно шаг за шагом:The
Шаг 1. Микроконтроллер 5 подключает с помощью аналогового мультиплексора первый вход, к которому подключена первая обкладка емкостного датчика 2 к входу АЦП и выполняет несколько сотен преобразований, результаты которых сохраняет в оперативной памяти.Step 1. The
Шаг 2. Микроконтроллер 5 обрабатывает результаты преобразований АЦП и находит наименьшее и наибольшее значения, затем вычисляет разницу этих значений, таким образом, микроконтроллер 5 определяет размах изменения напряжения на емкостном датчике 2 и сохраняет это значение в памяти.
Шаг 3. Микроконтроллер 5 подключает с помощью аналогового мультиплексора второй вход, к которому подключена первая обкладка образцового конденсатора 4 к входу АЦП и выполняет столько же преобразований, сколько он выполнил при шаге 1, результаты преобразований сохраняет в оперативной памяти.Step 3. The
Шаг 4. Микроконтроллер 5 выполняет такие же действия, как и при реализации шага 2 с той разницей, что определяет размах изменения напряжения на образцовом конденсаторе 4 и сохраняет это значение в памяти.Step 4. The
Шаг 5. Микроконтроллер 5 определяет разницу между размахом напряжений на образцовом конденсаторе 4 и емкостном датчике 2, эта разница зависит от измеряемой емкости конденсаторного датчика 2. При возрастании емкости датчика 2 размах напряжения на нем уменьшается, а при уменьшении емкости датчика размах напряжения на нем возрастает.
Шаг 6. Микроконтроллер 5 отправляет результат преобразования через цифровой последовательный интерфейс на компьютер 6, который выводит этот результат на монитор.
Шаг 7. Микроконтроллер 5 осуществляет переход к выполнению шага 1.Step 7. The
Компьютер 6 может сохранять, полученные от микроконтроллера 5 результаты преобразований в памяти для их последующего анализа, а также может передавать по инфокоммуникационным сетям в любую географическую точку земли, в которой второй компьютер настроен на прием данной информации.
Компьютер 6 позволяет оперативно записывать в программную память микроконтроллера 5 новые модифицированные программы, что также расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства.
Микроконтроллер 5 способен изменять, в соответствии с программой, частоту следования ШИМ-сигналов и их коэффициенты заполнения, что необходимо для правильного согласования параметров RC-цепей (например, постоянной времени RC-цепей) и параметров ШИМ-сигналов.The
Иногда требуется проводить измерения на нескольких частотах, особенно при измерении диэлектрической проницаемости материала расположенного между обкладками емкостного датчика, например, при измерении влажности семян сельскохозяйственных культур. Известно, что диэлектрическая проницаемость этих материалов зависит от частоты электрического поля между обкладками конденсатора.Sometimes it is required to carry out measurements at several frequencies, especially when measuring the dielectric constant of a material located between the plates of a capacitive sensor, for example, when measuring the moisture content of seeds of agricultural crops. It is known that the dielectric constant of these materials depends on the frequency of the electric field between the capacitor plates.
Преимущества изобретения по сравнению с прототипом: благодаря введению новых связей реализован более совершенный алгоритм преобразования емкости в двоичный код, что повышает точность устройства; путем введения компьютера увеличены вычислительные и инфокоммуникационные возможности, что расширяет функционал устройства.Advantages of the invention compared to the prototype: thanks to the introduction of new connections, a more advanced algorithm for converting capacitance to binary code is implemented, which increases the accuracy of the device; by introducing a computer, computing and information and communication capabilities have been increased, which expands the functionality of the device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146286A RU2697715C1 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146286A RU2697715C1 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2697715C1 true RU2697715C1 (en) | 2019-08-19 |
Family
ID=67640627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018146286A RU2697715C1 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2697715C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756374C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-09-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller capacity measuring device for embedded computing systems |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0088561A1 (en) * | 1982-03-11 | 1983-09-14 | Honeywell Inc. | Capacitor monitoring circuit |
SU1629877A1 (en) * | 1988-06-06 | 1991-02-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Средств Измерения В Машиностроении | Capacitance meter |
US20070194800A1 (en) * | 2005-12-21 | 2007-08-23 | Novikov Lenny M | Micropower voltage-independent capacitance measuring method and circuit |
RU2378658C1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller for measuring shaft rotation frequency |
RU2550595C1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-05-10 | Елена Александровна Бондаренко | Microcontroller device to measure capacitance and resistance and transfer of measurement result along radio channel |
-
2018
- 2018-12-24 RU RU2018146286A patent/RU2697715C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0088561A1 (en) * | 1982-03-11 | 1983-09-14 | Honeywell Inc. | Capacitor monitoring circuit |
SU1629877A1 (en) * | 1988-06-06 | 1991-02-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Средств Измерения В Машиностроении | Capacitance meter |
US20070194800A1 (en) * | 2005-12-21 | 2007-08-23 | Novikov Lenny M | Micropower voltage-independent capacitance measuring method and circuit |
RU2378658C1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller for measuring shaft rotation frequency |
RU2550595C1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-05-10 | Елена Александровна Бондаренко | Microcontroller device to measure capacitance and resistance and transfer of measurement result along radio channel |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756374C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-09-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Microcontroller capacity measuring device for embedded computing systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2698492C1 (en) | Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer monitoring and control systems | |
AU730847B2 (en) | Impedance detection apparatus and method | |
US10551469B2 (en) | Calibration of inverting amplifier based impedance analyzers | |
RU2719790C1 (en) | Microcontroller capacitance measuring device for control and monitoring systems | |
RU2697715C1 (en) | Microcontroller capacitance measuring device for built-in computer systems | |
JP6607972B2 (en) | Method for measuring capacitance values | |
WO2019089872A1 (en) | Adc self-test using time base and current source | |
US20170146633A1 (en) | Calibrated measurement system and method | |
RU2395816C1 (en) | Microcontroller device to analyse dielectric properties of biological objects and insulation materials | |
RU2593818C1 (en) | Method and device for measuring capacitance | |
Hidalgo-López et al. | Simplifying capacitive sensor readout using a new direct interface circuit | |
TWI383158B (en) | Capacitance measurement circuit and method | |
RU2392629C1 (en) | Microcontroller device for capacity and resistance measurement | |
RU2774047C1 (en) | Capacity measuring device for embedded control systems | |
US8854063B2 (en) | Method and apparatus for determining a capacitance and/or change in capacitance of a capacitive sensor element | |
RU2747515C1 (en) | Capacity measurement device for dielcometer moisture meters of agricultural seeds | |
RU2796213C1 (en) | Microcontroller capacitance transducer for dielcometric usb grain moisture meters | |
RU148205U1 (en) | ANTENNA-ACCORDING DEVICE WITH MEASURING-COMPUTING SETTING METHOD | |
US9197236B1 (en) | Digitizer auto aperture with trigger spacing | |
RU2756374C1 (en) | Microcontroller capacity measuring device for embedded computing systems | |
RU2214610C2 (en) | Facility measuring non-electric values with use of capacitor pickups | |
Ibrahim et al. | Interface circuits based on FPGA for tactile sensor systems | |
EP3296709B1 (en) | Temperature-to-digital converter | |
GB2284676A (en) | Measuring the impedance of a lossy capacitor | |
RU2563315C1 (en) | Microcontroller metering converter with controlled power supply of resistive measurement circuits by method of width-pulse modulation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201225 |