ГЛАВА 1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА
ИЗМЕРЕНИЯ.
Часами измеряется время, а временем жизнь человеческая;
но чем, скажи, измеришь ты глубину Восточного океана ?
Козьма Прутков. "Мысли и афоризмы ".
1.1 ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ.
Ваш "Синклер" может стать основой цифрового измерительного комплекса с
достаточно широкими возможностями. Наиболее просто с помощью компьютера
измерять частоту электрических сигналов в диапазоне звуковых частот. Этот режим в
"Синклере" практически уже реализован. При загрузке программ компьютер постоянно
измеряет частоту поступающего от магнитофона сигнала. Поэтому, если уровень
измеряемого сигнала соответствует уровню, на линейном выходе магнитофона, то
частотомер может быть реализован чисто программными средствами, без использования
каких-либо аппаратных средств. Примеры таких программ приведены в литературе
(1), (2). Измерение частоты основано на подсчете количества периодов сигнала за
фиксированный интервал времени. Поскольку частота в тактовом генераторе
компьютера стабилизирована кварцем, то точность задания измерительного интервала,
а следовательно и измерения частоты, будет достаточно высока. Для уменьшения
погрешности связанной с дискретностью счета периодов сигнала измерительный
интервал должен быть возможно больше, но для удобства измерений он не должен
быть слишком большим. Приведенная программа формирует интервал длительностью
около 1 секунды. При этом погрешность обусловленная дискретностью счета в
выбранном диапазоне измеряемых частот 300 Гц - 3 КГц составит 0,003 - 0,0003
соответственно.
Не сложно расширить частотный диапазон в сторону более высоких частот. Для
этого на входе устанавливается делитель частоты, а в программу вводится
дополнительный коэффициент, учитывающий коэффициент деления при отображении
результатов измерений. Схемотехника входных делителей может быть различной.
Если необходимо измерение в диапазоне частот до 10-20 МГц, то входной делитель
частоты может быть реализован на микросхемах ТТЛ серий 155, 555, 1533. При
необходимости измерения более высоких частот можно собрать входной делитель
описанный в (3). Варианты схем входных делителей частоты приведены на рис. 1.1.
На входы делителей должен подаваться импульсный сигнал с уровнями ТТЛ. Для
согласования выходного сигнала делителя частоты и магнитофонного входа компьютера
необходимо использовать резистивный делитель с коэффициентом деления около 20
(2КОм и 100 Ом).
Рассмотрим более подробно работу про1раммы, обеспечивающей измерение
частоты. Алгоритм измерения частоты аналогичен алгоритму в программе (2). Текст
программы приведен ниже.
10 CLEAR 65300: DIM А(64)
12 INPUT 'FREQUENCY OF QUARTZ -';Q
13 LET K-Q/14
15 INPUT *1:N';N
16 LET KD-N
20 FOR 1-Й TO 64
30 READ /4(1): POKE (65300+l),A(l)
40 NEXT I
50 DATA 243,1,0,0,17,141,55,219
60 DATA 254,203,119,40,10,0,0,0
70 DATA 19,122,183,32,242,24,7,0
80 DATA 19,3,122,183,32,8,33,85
90 DATA 255,112,35,113,251,201,219,254
100 DATA 203,119,40,10,0,0,0,19
110 DATA 122,183,32,211,24,232,0,0
120 DATA 0,19,122,183,32,232,24,222
130 PRINT AT 9,6;'FREQUENCY:';AT 9,26;'(Hz)'
135 PRINT AT 10,6;'1:N' KD
140 OUT 254,7: RANDOMIZE USR 65301
150 LET F-256*PEEK 65365+PEEK 65366-1
160 IF F<0 THEN LET F-0
170 PRINT AT 9,16;* ';AT 9,16;INT((F*K»KD)/0.951)
180 GO TO 140
Программа 1.1.
Основу ее составляет подпрограмма в машинных кодах. Эти коды записаны в
строках 50-120. Загрузка кодов в память осуществляется в строках 10-40, а запуск
подпрограммы в строке 140. В результате работы подпрограммы в машинных кодах
в ячейках памяти с адресами 65365 и 65366 записывается значение частоты. В строке
170 производится вывод значения частоты на экран в удобном виде. При этом
коэффициент К учитывает отличие частоты кварцевого генератора от номинала 14,0
МГц, а коэффициент KD коэффициент деления входного делителя. В строках 12-16
производится ввод значений коэффициентов в программу. Если эти коэффициенты
постоянны, то можно удалить строки 12 и 15, а в строках 13 и 16 вместо Q и N записать
постоянные коэффициенты. Коэффициент 0.951 корректирует значение частоты,
получаемое подпрограммой в машинных кодах.
Программа 1.2 представляет собой текст подпрограммы в машинных кодах. Все
команды в подпрограмме снабжены подробными комментариями, поэтому остановимся
лишь на общей схеме работы подпрограммы.
Адрес Метка Код Команда Комментарий
65301 243 F3 di Запрещение прерываний
1 01 Id be 00 00 Обнуление регистра ВС
0 00 в котором накапливается
О 00 результат
17 11 Id de 37 8D Загрузить в DE
141 8D 14221 в DE задается
55 37 измерительный интервал
Ml 219 DB in a,(FE) Из порта с адресом
254 FE 254 переслать данные в
аккумулятор
65310 203 СВ bit 6,о Установить флаг Z в
119 77 соответствии с разрядом
6 аккумулятора
40 28 jr Z,s Переход на метку М2
10 0А (смещение 10),если Z-0
0 00 Дополнительная задержка
0 00
0 00
19 13 incde de-de+1
122 7А Id a,d Проверка обнуления
183 В7 or а регистра de и переход
65320 32 20 jr nz,s по условию 'не 0*
242 F2 на метку Ml
24 18 jr,s Переход на метку OUT
7 07
0 00
М2 19 13 incde de-de+1
3 03 inc be Ьс-Ьс+1
122 7A Id a,d Проверка обнуления
183 B7 or а регистра de и переход
32 20 jr nz,s по условию 'не 0*
65330 8 08 на метку МЗ
OUT 33 21 Id hi FF 55 Загрузка в hi числа -
85 55 адреса ячейки памяти
255 FF в которой будет результат
112 70 ld(hl),b В ячейку 65365 помещается
35 23 inc hi содержимое регистра В,а в
113 71 ld(hl),c ячейку 65366 содержимое С
251 FB ei Разрешение прерываний
201 С9 ret Возврат в BASIC
МЗ 219 DB in a,(FE) Из порта с адресом
65340 254 FE 254 переслать данные в
аккумулятор
203 СВ bit 6,о Установить флаг Z в
119 77 соответствии с разрядом
6 аккумулятора
40 28 jr z,s Переход на метку М4
10 0А (смещение 10),если Z-0
0 00 Дополнительная задержка
0 00
0 00
19 13 incde de-de+1
122 7 A Id a,d Проверка обнуления
65350 183 В7 or а регистра de и переход
32 20 jr nz,s по условию 'не 0*
211 D3 на метку Ml
24 18 jr,s Переход на метку OUT
232 Е8
М4 0 00 Задержка
0 00
0 00
19 13 inc de de-de+1
122 7 A Id a,d Проверка обнуления
65360 183 B7 or а регистра de и переход
32 20 |r nz,s по условию 'не 0*
232 Е8 на метку МЗ
24 18 |r,s Переход на метку OUT
65364 222 DE
65365 Ячейки в которые
65366 записывается результат
работы подпрограммы
Программа 1.2.
Поступающий с магнитофона (а в нашем случае от источника сигнала измеряемой
частоты) аналоговый сигнал преобразуется в компьютере в импульсный сигнал и
подается на вход 6 разряда параллельного порта с адресом FEh (254d). Через
фиксированные отрезки времени подпрограмма проверяет состояние 6 разряда этого
порта. Этот процесс показан на рис. 1.2. При каждой проверке на 1 увеличивается
состояние регистра DE и проверяется его переполнение. Время, за которое произойдет
заполнение этого регистра, зависит лишь от тактовой частоты и, поэтому, неизменно.
Это время является измерительным интервалом. Если при проверке состояния 6
разряда порта будет обнаружено изменение его состояния из "Iм в "0м, то на 1
увеличивается содержимое регистра ВС. Число, которое будет накоплено в регистре
ВС за измерительный интервал времени, будет пропорционально частоте входного
сигнала. Результат работы подпрограммы заносится в ячейки памяти, через которые
осуществляется связь с основной программой на БЕЙСИКе.
Для точной работы программы - частотомера необходимо правильно указать
частоту кварцевого задающего генератора. Если она точно не известна, да и просто для
проверки, можно провести калибровку.
По всей видимости, образцовый частотомер недоступен для читателей книги, но
не стоит отчаиваться. Автор компьютера сэр К. Синклер снабдил его многими
полезными способностями, в том числе и реализованными в операционной системе
часами реального времени. Поскольку эталоном для этих часов является внутренний
кварцевый генератор компьютера, то точность их хода зависит от отклонения частоты
кварцевого генератора от номинала 14.0 КГц. Про1рамма 1.3 реализует электронный
секундомер.
10 РОКЕ 23674,0
20 РОКЕ 23673,0
30 РОКЕ 23672,0
40 LET Т- INT ((65536*РЕЕК 23674+256*РЕЕК 23673+РЕЕК 23672)/50)
50 PRINT Т
Программа 1.3.
Программа показывает на экране сколько секунд прошло после ее запуска.
Обычные электронные часы имеют точность хода не хуже 1 секунды в сутки, поэтому
их вполне можно принять за эталон. Для получения точности калибровки 1/1000
необходимо по электронным часам отмерить 1000 секунд (16 минут 40 секунд) и
зафиксировать число N на Э1фане телевизора. Частота кварцевого генератора будет
составлять: F = N*0.014 Эту частоту и нужно вводить в npoipaMMe 1.1 в ответ на запрос
FREQUENCY OF QUARTZ -
В проверенном компьютере результат измерения составил N=1002, поэтому
частота F = 14.028 МГц.
Для дальнейшего повышения точности необходимо увеличить интервал времени,
в течении которого производится измерение частоты (в npoipaMMe 1.1 эта длительность
задана около 1 секунды). Можно изменить в этой npoipaMMe подпро1рамму в
машинных кодах, но, по всей видимости, проще организовать многократные измерения
и усреднение частоты в npoipaMMe на бейсике. При этом измерительные интервалы
оказываются отделены друг от друга некоторыми промежутками времени, однако, при
измерении неизменяющейся частоты, точность измерений от этого не уменьшается.
В npoipaMMy 1.1 достаточно внести следующие изменения:
140 FORZ-1 ТО 10
145 OUT 254,7: RANDOMIZE USR 65301
150 LET F-F+256*PEEK 65365+PEEK 65366-1
155 NEXT Z
160 IF F<0 THEN LET F-0
170 PRINT AT 9,16;' ';AT 9,16;INT((F»K*KD)/9.51)
180 GO TO 140
Программа 1.4.
В npoipaMMe 1.4 производится усреднение по десяти замерам частоты. Цикл
организуется в строках 140 - 155. В строке 150 происходит суммирование результата
каждого измерения, а при выводе результата на экран сумма делится на количество
измерений (в данном случае для этого вместо коэффициента 0.951 используется 9.51)
В случае необходимости можно использовать и другое количество измерений.
1.2 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ - ЧАСТОТА.
Для измерения других электрических величин необходим преобразователь
напряжение-частота. Такие преобразователи неоднократно описывались в
радиолюбительской литературе, например (4 - 6). В указанных статьях приведены
преобразователи различной сложности и точности работы. Для ознакомления с
принципами измерения различных электрических величин мы будем использовать
простейший преобразователь, схема которого приведена на рисунке 1.3.
Рис. 1.3.
Преобразователь состоит из входного делителя напряжения с коэффициентом
деления 10, выполненного на резисторах R1-R3, интегратора, выполненного на
инверторе микросхемы 561ЛН2 (D1A), пороговой схемы на элементах DIB, D1C и
делителя частоты на 2, выполненного на микросхеме типа 155ТМ2. Рассмотрим более
подробно работу составных частей преобразователя.
Совместная работа интегратора и порогового устройства приводит к генерации
импульсного сигнала с частотой зависящей от приложенного ко входу постоянного
напряжения. Как это происходит? На выходе интегратора вырабатывается линейно-
возрастающее напряжение. При достижении этим напряжением верхнего порога
порогового устройства происходит переключение последйего и быстрое уменьшение
напряжения на выходе интегратора до нижнего порога порогового устройства, после
чего опять происходит его переключение и процесс повторяется. На рисунке 1.4
изображена форма напряжения на выходе интегратора, порогового устройства и
выходного делителя частоты.
Как видно из рисунка, напряжение на выходе интегратора имеет пилообразную
форму. На выходе порогового устройства - форму коротких импульсов, а на выходе
делителя - форму меандра. Размах пилообразного напряжения на выходе интегратора
определяется значением порогов порогового устройства, которые, в свою очередь,
определяются соотношением резисторов R5, R6. Наклон пилообразного напряжения
определяется величинами R2, С1 и напряжением на входе преобразователя. Напряжение
на входе интегратора (вывод 1 микросхемы D1) составляет около 2,5 В и при работе
практически не изменяется. Поэтому ток, которым заряжается конденсатор С1,
зависит от напряжения на левом (по схеме) выводе резистора R2 и может быть
вычислен по формуле:
I = (2.5 - Ubx)/R2
Время нарастания напряжения на выходе инте1ратора будет равно:
T=(Ue- Uh) *С1/((2.5 - Uex)/R2)
Тоща частота генерируемого сигнала будет составлять:
F = 1/Т = ((2.5 - Uex)/R2)/(Ue - Uh) *С1
где Ubx - напряжение на левом выводе резистора R2,
Ub - верхний порог срабатывания порогового устройства,
Uh - нижний порог срабатывания порогового устройства.
Как видно из формулы, частота пропорциональна входному напряжению и
уменьшается при увеличении напряжения (положительной полярности). При
увеличении напряжения отрицательной полярности она увеличивается. Описанный
преобразователь напряжение - частота сохраняет достаточную линейность при
входном напряжении от -1.5В до +1.5В. Поэтому, для расширения диапазона
измерения напряжений, используется делитель. Коэффициент деления можно
определить по формуле:
N~(R1+ R3)/R3
Выходной делитель частоты превращает короткие импульсы, формируемые на
выходе пороговой) устройства, в сигнал типа "меандр". Это необходимо для обеспечения
более точной работы частотомера.
Вместо указанных на схеме элементов можно применить и другие. Вместо
микросхемы K561JIH2 можно использовать 564JIH2, вместо К155ТМ2 -К555ТМ2.
Диод VD1 может быть любым кремниевым импульсным диодом. Величины резисторов
R2, R4 - R6 и конденсатора С1 могут отличаться от указанных на схеме на 30
процентов, при этом несколько изменится частота генерируемого сигнала. Так как
перед измерением производится калибровка преобразователя, то это изменение будет
учтено. Конструкция преобразователя не имеет значения. Можно использовать
печатную плату, можно соединить все элементы используя навесной монтаж. Про1рамма
1.5 позволяет измерять постоянные напряжения.
10 CLEAR 65300: DIM А(64)
12 INPUT 'FREQUENCY OF QUARTZ -';Q
13 LET K-Q/14
15 LET N-l
16 LET KD-N
20 FOR 1-1 TO 64
30 READ /4(1): POKE (65300+1),A(l)
40 NEXT I
50 DATA 243,1,0,0,17,141,55,219
60 DATA 254,203,119,40,10,0,0,0
70 DATA 19,122,183,32,242,24,7,0
80 DATA 19,3,122,183,32,8,33,85
90 DATA 255,112,35,113,251,201,219,254
100 DATA 203,119,40,10,0,0,0,19
110 DATA 122,183,32,211,24,232,0,0
120 DATA 0,19,122,183,32,232,24,222
130 PRINT AT 9,6;'FREQUENCY:';AT 9,26;'(Hz)'
135 PRINT AT 10,6;'1:N' KD
140 OUT 254,7: RANDOMIZE USR 65301
150 LET F-256*PEEK 65365+PEEK 65366-1
160 IF F<0 THEN LET F-0
170 PRINT AT 9,16;' ';AT 9,16;INT((F*K*KD)/0.951)
175 PRINT AT 12,6;'VOLT:';AT 12,16;' ' ;AT 12,16;
(388 - INT(F*K*KD)/0.951 )*0.0519
180 GO TO 140
Программа 1.5.
Для правильной работы программы - вольтметра необходимо произвести установку
нуля и калибровку. Установка нуля производится следующим образом. Вход
преобразователя закорачивается и считывается значение частоты. Это значение (в
нашем случае получилось 388) подставляется в строку 175. Далее на вход преобразователя
подается точно измеренное напряжение U в диапазоне -10 +10 вольт и считывается
показание частотомера. После этого вычисляется коэффициент преобразования
преобразователя напряжение - частота по формуле:
Кпп = U/(fo - f)
где fo - частота при закороченном входе;
f - частота при поданном напряжении U;
U - напряжение на входе.
В нашем случае при подаче 10.0 В получили частоту 195 Гц. Тоща коэффициент
преобразования будет равен:
Кпп - 10/(388 - 195) = 0.0519
Это значение также используется в строке 175. Необходимо отметить, что при
повышении частоты, на которой работает преобразователь, уменьшается дискретность
измерения, то есть повышается точность. Для повышения частоты можно уменьшить
емкость конденсатора С1. Необходимо, однако, помнить, что частотомер может
измерять частоты до 3 КГц.
1.3 ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА.
Измерение величины тока производится по падению напряжения на калиброванном
шунте в соответствии с законом Ома:
I = иизм/Яш
Шунт подключается параллельно резистору R3. Требуемая величина сопротивления
шунта может быть определена по формуле:
Кш = Umax/Imax
где Umax - максимальное измеряемое напряжение на входе преобразователя без
делителя напряжения (в нашем случае это 1 вольт);
Imax - максимальный измеряемый ток.
Из формулы видно, что без шунта можно измерить ток до 10 микроампер (Riii =
100 Ком), а для измерения тока до 10 ампер необходим шунт О.Юм. Такой шунт
можно сделать из нескольких включенных параллельно резисторов. Для измерения
тока до 10 ампер строку 175 в программе 1.5 необходимо изменить так:
175 PRINT AT 12,6;'AMPER:';AT 12,16;' ' ;АТ 12,16;
(388 - INT(F*K*KD)/0.951 )*0.0519
При другом сопротивлении шунта вместо коэффициента 0.0519 необходимо
подставить 0.00519/Rnr.
1.4 ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ.
Для измерения величины сопротивления используется измерение падения
напряжения на резисторе. Измерения производятся по схеме:
Рис. 1.5.
Ra - эталонное сопротивление, Rx - измеряемое сопротивление, Rb - сопротивление
входа преобразователя.^
Назовем параллельное соединение резисторов Rx и Rb измеренным сопротивлением
Rh. Тогда:
Яи = Яэ *Uu/(U- Uu)
Величину сопротивления Rx можно вычислить по формуле:
Ях = Яи*Яв/(Яв-Яи)
Если величина входного сопротивления преобразователя (1 МОм) много больше
сопротивления, подлежащего измерению, то
Ях = Яэ *Uu/(U- Uu)
Измерив напряжения U и Uh можно вычислить величину сопротивления в
режиме непосредственных вычислений. Кроме того можно встроить вычисления и
программу, как, например, это сделано в программе 1.6.
1.5 ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ.
Возможен и другой метод измерения сопротивления. Для этого на свободных
элементах микросхемы K561JIH2 собирается схема мультивибратора:
Частота сигнала, генерируемая этим мультивибратором, может быть вычислена по
формуле:
/= 1/(1.38*R*C)
Как видно из формулы, зная одну из величии R или С и измерив частоту, можно
вычислить другую. Чтобы избавиться от необходимости знать точные значения
времязадающих элементов, можно использовать метод сравнения с эталоном. Измерение
частоты колебаний генератора производят дважды. С образцовым элементом (например,
сопротивлением) и тем, величину которого необходимо измерить. Конденсатор,
разумеется, в обоих случаях должен использоваться один и тот же. Неизвестное
сопротивление находится из соотношения:
/о = 1/(1.3 8*Ro *Со)
fa = l/(1.38*Rx*Cx)
fo/fa = Rx/Ro
Rx = fo*Ro/fa
Аналогично
Cx = fo*Co/fa
Необходимо отметить, что частота генератора (для обеспечения точности измерений)
должна быть в пределах 300 Гц - 3 КГц. Для этого удобно иметь набор эталонных
элементов: 1 мкФ, 0.1 мкФ, ЮнФ, 1 нФ, 100 пФ, 10 МОм, 1 МОм, 100 КОм, 10 КОм,
1 КОм. Программа для измерения сопротивления может быть такой:
10 CLEAR 65300: DIM А(64)
20 FOR 1-1 ТО 64
30 READ >4(1): POKE (65300+1),A(l)
40 NEXT I
50 DATA 243,1,0,0,17,141,55,219
60 DATA 254,203,119,40,10,0,0,0
70 DATA 19,122,183,32,242,24,7,0
80 DATA 19,3,122,183,32,8,33,85
90 DATA 255,112,35,113,251,201,219,254
100 DATA 203,119,40,10,0,0,0,19
110 DATA 122,183,32,211,24,232,0,0
120 DATA 0,19,122,183,32,232,24,222
130 PRINT AT 9,6;'Cx-:';AT 9,26;'(nF)'
132 PRINT AT 12,2;'CONNECT Co AND INPUT Co
134 INPUT#Co (nF) = *;o
136 PRINT AT 9,16;'
140 OUT 254,7. RANDOMIZE USR 65301
150 LET Z-256*PEEK 65365+PEEK 65366-1
152 PRINT AT 12,2;'CONNECT Cx AND PRESS ANY KEY'
154 PAUSE 0
156 OUT 254,7: RANDOMIZE USR 65301
158 LET X-256*PEEK 65365+PEEK 65366-1
170 PRINT AT 9,16;' 'AT 9,l6;o*Z/X
180 GO TO 130
Программа 1.6.
В программе для измерения емкости нужно лишь заменить в сообщениях С на R
и nF на КОш.
1.6 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ.
Если использовать в генераторе времязадающие элементы с известной зависимостью
от температуры, то можно с помощью компьютера измерять и температуру. На рис.
17 изображена схема очень простого термометра. На рис. 1.8 приведена калибровочная
кривая использованного термистора в диапазоне температур -20 С + 100 С. Сигнал,
поступающий на вход преобразователя напряжение - частота, изменяется от почти 0
В (термистор имеет при температуре -20 С сопротивление в несколько МОм) до почти
+5 В при температуре +100 С. Термистор при комнатной температуре должен иметь
сопротивление около ЮКОм. Термистор и резистор 10 КОм для надежности лучше
поместить в капельку эпоксидной смолы. Такая конструкция позволит погружать
термометр в различные газы, жидкости и другие среды для измерения их температуры.
Для измерения температуры используется программа 1.5. Так кактермсрезисторы
имеют большой разброс в температурных коэффициентах, то приведем формулу, по
которой вычисляется температура, можно записатиь в общем виде:
t = to + U*K
где U - измеренное напряжение на терморезисторе,
К - коэффициент, определяемый экспериментально.
В программу 1.5 можно добавить включение звукового сигнала при выходе
температуры из заданного диапазона:
176 IF F< 1 ООО OR F>3000 THEN BEEP 1,10
В качестве термочувствительного элемента можно использовать катушку медного
провода, например обмотку реле с сопротивлением в несколько сот Ом и больше.
Схема подключения аналогична подключению терморезистора. Недостатком такого
датчика является большая инерционность и невысокое значение температурного
коэффициента. Достоинством - стабильность температурного коэффициента в широком
диапазоне температур. Температурный коэффициент меди известен и составляет
0.0039. Сопротивление медного проводника в зависимости от температуры вычисляется
по формуле:
Rt = Ro + Ro *0.0039 *t
где t - температура в градусах Цельсия,
Ro - сопротивление при 0 градусов Цельсия,
Rt - сопротивление при температуре t.
Измеренное напряжение на Rt записывается так:
Ut = Rt*U/(R +Rt)
тогда
t = (Ut*R/(U-Ut) - Ro)/(Ro *0.0039)
Добавив в программу 1.5 строки:
17 INPUT 'R- ';R
18 INPUT 'Ro - *;E
19 INPUT'U- *;U
176 LET X - (388 - INT(F*K*KD)/0.951 )*0.0519
177 LET t - (U*R/(U-X) - E)/(E*0.0039)
178 PRINT AT 12,6,'TEMP (C):';AT 12,16;'
AT 12,16,-t
и получаем программу измерения температуры.
В качестве термочувстительного элемента можно использовать также включенные
в прямом направлении кремниевые диоды. Диоды включаются по схеме изображенной
на рисунке 1.7 вместо терморезистора. Для повышения чувствительности входной
делитель не используется (закорачивается резистор R1). Достоинством такого датчика
является то, что его показания слабо зависят от напряжения источника питания и
стабильности резистора R. Температурный коэффициент прямого напряжения на
кремниевом диоде известен и составляет 0.002- вольта на градус. С повишением
температуры напряжение на диоде падает. Температура в этом случае вычисляется по
формуле:
t = (Ut - Uo)/0.002
В программу 1.5 нужно внести изменения:
19 INPUT 'Uo - *;Y
176 LET U- (388 - INT(F*K*KD)/0.951 )*0.00686
177 LET t - -(U-Y)/0.002
178 PRINT AT 14,6;'TEMP 14,16;' ' ;
AT 14,16;t
Для повышения чувствительности можно включить 2-3 диода последовательно.
Температурный коэффициент, который нужно подставить в строку 177, соответственно
будет 0.004 и 0.006. Предварительно необходимо произвести калибровку и
определить величину Uo при нуле градусов Цельсия.
В качестве датчика температуры можно использовать и конденсаторы, некоторые
из которых имеют достаточно большие температурные коэффициенты емкости. Для
этой цели подходят конденсаторы типа КМ5 или КМ6 с температурной группой Н90.
Поэкспериментировать с такими датчиками предоставим заинтересованному читателю.
1.7 ИЗМЕРЕНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ.
Если подключить фоторезистор ко входу преобразователя напряжение -частота по
схеме изображенной на рисунке 1.9 и произвести его калибровку, то получим
измеритель освещенности, который может иметь различные применения.
На рис. 1.9. изображена схема включения фоторезистора. При изменении
сопротивления фоторезистора от200 Ом (на свету) до 200 кОм (втемноте) напряжение,
поступающее на вход преобразователя напряжение -частота от изображенной схемы
изменяется от 0.1 до 4.75 В. Перевод этого напряжения в люмены или другие единицы
производится по формуле пересчета. Формула пересчета определяется при сравнении
с показаниями эталонного фотометра и может быть записана в программе. Фоторезистор
может быть включен вместо резистора R в схеме рис. 1.6. В этом случае надобность
в преобразователе напряжение - частота отпадает.
Фотометр может быть построен и на других типах светочувствительных элементов:
фотодиоде и фототранзисторе. Фотодиод включается в обратной полярности, вместо
фоторезистора, а нагрузочный резистор подбирается для получения выходного
напряжения, подходящего для работы преобразователя напряжение - частота.
Фототранзистор подключается по схеме диода, когда база и эмиттер соединяются
вместе. Нагрузочный резистор всегда приходится подбирать, поскольку все
фоточувствительные приборы по разному реагируют на освещенность, цвет и дают
разный выходной ток. Кроме того, в качестве фотоприемников можно использовать
и светодиоды, особенно инфракрасного излучения. Многие из них, например AJI106,
имеют фокусирующие линзы, что позволяет на основе этих элементов строить
остронаправленные приемники света. Наконец, фотоприемник можно изготовить и
самостоятельно, если спилить напильником крышку любого транзистора в
металлическом корпусе. Делать это нужно осторожно, чтобы не повредить сам
кристалл. После удаления крышки выдувают опилки и покрывают полученный
фототранзистор прозрачным нитролаком.
Фотодиоды имеют линейную световую характеристику в широком диапазоне
освещенностей. Формула зависимости фототока от освещенности имеет вид:
1ф = S*E
ще Е - освещенность (люкс),
S - коэффициент чувствительности (мкА/люкс).
Напряжение на нагрузочном резисторе Rh (рис. 1.11) будет равно иф=1ф*Кн.
Освещенность определяется по формуле:
Е = U<}>/(S*RH)
Добавив в программу 1.5 строки:
17 INPUT *S - ";S 18 INPUT 'R - ";R 177 PRINT AT 14,6;*LUX:";AT 14,16/
AT 14,16;
((388 - INT(F*K*KD)/0.951 )*0.0519)/(S*R)
получим измеритель освещенности. Параметр S соответствующего диода можно
найти в справочнике. Фотодиод типа ФД-7к, например, имеет чувствительность 0.47
мкА/лк, а фотодиод типа КФДМ - 0.015 мкА/лк.
Большинство оптоэлекгронных приборов более чувствительны к красной части
спектра и, особенно, к инфракрасной. Это делает их весьма подходящими для
использования в устройствах на невидимых лучах, таких, например, как охранная
сигнализация. В то же время, они могут применяться в устройствах использующих
белый свет.
В третьей главе будет описано использование фоточувствительных датчиков в
устройстве для фотографии и в охранной сигнализации.
